Text
                    И. А. Тихомиров
w
МАЛЬIИ
ПРАКТИКУМ
по зоологии
беспозвоночных
Часть 1
А. А. Добровольский
А. И. Гранович
Москва
Санкт-Петербург
2008


САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Малый практикум по зоологии беспозвоночных Часть 1 Второе, исправленное издание Товарищество научных изд аний КМК Москва - Санкт-Петербург •:• 2008
УДК 592 Тихомиров И. А., Добровольский А. А., Гра нович А. И. Малый практикум по зоологии беспозвоночных. Часть 1. 2-е, исправл. изд. М.-СПб.: Товарищество научных изданий КМК. 2008. 302 с.+ XIV табл. Первая часть «Малого практикума по зоологии беспозвоночных» знакомит чита­ телей с ключевыми объектами - представителями основных групп протистов и некоторых групп многоклеточных: от губок до перы1чнополостных беспозвоноч­ ных - и является первой ступенью базового зоологического образования в высших учебных заведениях. Это тот минимум знаний о фантастически разнообразном мире простейших и многоклеточных животных, который необходим любому биологу независимо от его дальнейшей специализации в молекулярной биологии, генетике, физиологии или любой другой области современной биологии _ С одной стороны, предлагаемая книга - это опыт нескольких поколений зоологов, проводивш11х занятия по Малому практикуму на кафедре зоологии беспозвоночных Санкт­ Петербургского государственного университета, с другой - это попытка отразить изменения в представлениях о многих группах проти стов и многоклеточных, произошедшие в последние годы. В целом можно охарактеризовать предлагаемую книгу как руководство по выполнению Малого практикума. В этом смысле она адресована непосредственно студентам младших курсов высших учебных заведе­ ний, а также их преподавателям. Мы надеемся, однако, что аудитория книг11 будет значительно шире. Прежде всего, :>То учителя школ. Ведь использовать « Малый практикум. "» можно и при организации дополнительных занятий в школах , ~1 во внешкольной образовательной деятельности. Книга может оказаться незаменимым подспорьем в самостоятельных исследованиях всех интересующихся природой и неравнодушных к ее обитателям. Рецензент - член-корреспондент РАН, профессор В.В. Ма.шхов /.J ~ ?JjJ~ Печатается по решению учеиого сове'та б11олого-почве1111ого факультета Саикт-Летербургского государстве1111ого университета ISBN 978-5 -87317-442-3 © Тихомиров И. А., Добровольский А. А., Гранович А. И., текст, 2005, 2008 © Гонобоблева Е. Л .. Тихомиров И. А" Доб­ ровольский А. А., рисунки, 2005, 2008
100-летию со дня рождения Ю. И. Полянского посвящает ся ОТ АВТОРОВ В любой области науки очень важна преемственность поколений. Про цесс получения научного знания и передачи его ученикам неразделимы. По-видимому, в этом и состоит основ н ой закон эффектив ного восп роизводства науки: с плав энергии и решительности молодости с мудростью старшего поколения взаимн о дополняют друт друга. Молодые исследователи с первых шагов впитывают многолетний опыт коллег. Старшие - сохраняют молодость души; избегают стереотипов и и злишнего консерватиз ма. Спасибо наш им учителям, во главе с Ю . И. Полянским, которым в очень, поверьrе, очень непростое время удалось спасти и сохранить для Вас классические знания. Эти люди через всю свою жизнь пронесли твердую веру в то, что такие знания будут востребованы. Со времен В. А. Догеля традиции Малого п рактикума по зоологии беспоз воночных в Санкт-Петербургском университете помогли сохранить и приумножить многие замечательные люди: А. В. Иванов, А. А. Стрелков, Е. М. Хейсин, М. М. Бело польская , Т. А. Гинецинская , А. А. Стрелков (младший) , Р. Е. Шульман, Д. А. Овчаренко, Э. Л. Мордунова, А. В. Оленев, С. А. Соловьева и многие другие, за что им огромное спасибо. Хотелось бы надеяться , что в XXI веке сохранится такая же преемствен­ ность: цепь бескорыстных и преданн ых науке и образованию людей продолжится . Подтверждение тому - активная помощь выпускников биолого- почвенного фа­ культета, а ныне сотрудников кафедры зоологии беспоз воночных, кафедры эмбриологии СП бГУ, сотрудников Зоологического института и Института цито­ логии РАН в ходе подготовки предлагаемого Вам издания. Отдел ьные материал ы для него были предоставлены С. А. Карп овым , А . В. Ересковским , А. Э. Виш­ няковым , А. К. Галкиным , Т. В. Бейер , Т. Г. Симдяновым и др. Особая благо ­ дарность Е. Л. Гонобоблевой за огромный труд по вы полнению рисунков и подготовке их к печати. С ува жени ем к читателяАt И. А. ТихоАtиров, А. А. Добровольский, А. И. Гранович
ВВЕДЕНИЕ Малый практикум - важная составляющая часть общего курса зоологии. Теоретические представления о различных группах животных должны быть обязательно закреплены на практ11ческ11х занятиях изучением отдельных «Ти повых объектов». Этот ставший уже к,1ассическнм подход выработан достаточно давно и вот уже более ста лет с успехом используется в российских универснтетах. Однако жнзнь не стоит на месте. По мере развития наш11х знаний требуется постоянная коррекция сведений о, казалось бы, давно и хорошо известных организмах: их строен и и, развитн11, систематическом положении. Эта работа постоянно осуществляется в рамках Малого практикума по зоологии беспозво­ ночных Санкт-Петербургского государственного ун иверситета. Предлагаемое учеб­ ное пособие отражает определенный ее этап. В основу «Практикума» положена программа практических занятий, про­ водимых на кафедре зоологии беспозвоночных СПбГУ в течение многих лет. Материал в книге разбит на отдельные блоки - темы. Это позволяет сделать пособие в достаточной мере универсальным при использовании его в других учебны х заведениях. В зависимост и от задач и времени, отведенного на курс зоологии , можно выбирать необходимые рацелы для практической проработки. Книга может служить руководством для самостоятельной работы сrудентов при освоении общезоологических курсов. Она будет полезна и как начальное практиче­ ское пособие для тех. кто решил спец11ализироваться в области зоологии. Самостоятельная работа по программе Малого практикуr.1а будет более ')ффективной, есл 11 чи тател ь познакомится с информацией, предваряющей основные главы нашего пособия. Это сведен ия о струкrуре учебника 11 основных ти пах препаратов. используемых в процессе работы, методические указания по исполь­ зованию простейш ей микроскопической техники и советы п о правильному офорr.ше­ нию результатов своей работы. Наконец, в заключитель ной части «Введения» мы приводим краткий сп и сок уч ебников. учебных пособий и просто полезных и интересных книг, которые помогут ч11тателю самостоятельно расширить пред­ ставле ния о беспозвоночных животных и найти ответы на вопросы, возн11кающие в процессе работы. Структура учебного пособия Основной принцип изложения материала в нашеr.1 учебно\! пособи11 последователь ность «TCi'1>>, посвященных той или иной группе беспозвоночных. Каждая «тема» начинается небольшим вводным разделом, где излагаются общие сведения о группе организмов. к которой пр~111адлеж11т тот или 11ной объект изучения. В скобках после названия темы дается ее таксономическая расшиф­ ровка. Например, «ТЕМА: Корненожки (т11п Rl1izopoda)». или « Плоские черви (тип Plathe lmiпthes)» и т. д. В отдельн ы х случаях несколько тем могут объединяться под общим на­ званием без указания систематического ранга группы (например, « П ервичнопо­ лостные черви»). Это оз нача ет, что такая группировка выделялась ранее в качестве
Введение 5 систематической, однако теперь это название утратило строгий таксономический смысл. В то же время приводимое наз вание широко используется для обозна­ чения орга низмов, наделенных данным комплексом признаков . В других случаях за названием , объединяющим несколько тем, в скобках дается расшифровка систематического положения. Это означает, что общее назва ние темы соответ­ ствует определенной таксономической группе. В пределах темы приведено описание объектов. Какие именно объекты исследуются, как собирать материал в природе, поддерживать в лаборатории и как готовить объект ы к изучению - этот круг вопросов рассмотрен в разделе «Материал», который выделен мелким шрифтом и помещен во вводной части перед описа ни ем препаратов. Объекты изучаются по препаратам. Соответственно, основная часть каж­ дой темы - описания конкретных препаратов. Открывают описания «Методи че­ ские указа ния» (мелкий шрифт), в которых собраны практические рекоменда­ ции по работе с данным препаратом. Собственно характеристика препаратов содержит анализ строения модель­ ных объектов с теми п одробностями, которые доступны для наблюдения при помощи используемых методик. Все описа ния препаратов снабжены подробны­ м и оригинальными рисунками. Наиболее важные детали, которые можно наблю­ дать на препарате, отмечены в тексте р аз р я д к о й и вынесены в подписи к рисункам. Изображен ия, полученные при помощи электронного микроскопа, приведе ны в виде фотографий (электронограмм - см. ниже) , которые собраны в « Приложению>. Каждая электронограмма в соответствующем разделе текста сопровождается поясняющей схемой с обозначениями. По сле рассмотрения препаратов , отн осящихся к одному, реже к несколь­ ки м видам, приводятся дополнительные сведения об объекте, то есть об иссле­ дуемом виде (группе видов). Эти комментарии (мелкий шрифт) расширяют предста вления о биологических и морфо-функциональных особенностях изуча­ емых организмов. Кроме того, здесь же приведены пол ные сведения о систе­ матическом положении рассматриваемых объектов. С этим разделом можно по з накомиться как до, так и после изучения препаратов. В конце книги приведен список всех препаратов, изучение которых про­ водится в ходе Малого практикума , а также представлена использо ванная мак­ росистема протистов и многоклетоqных. Препараты При прохождении Малого пра ктикума используются ~нtкропрепараты, изу чаемые при помощи светового микроскопа, макропрепараты , рассматрива­ емые без увеличительной техники или при небольшом увеличе нии , а также электро но граммы . Микропрепараты бывают временные и постоянные. Временные микро­ скопические препараты изготавливаются самостоятельно перед изу чени ем объекта. Чаще всего этот тип препаратов используется при работе с протистами . Живые протисты, взятые пипеткой из емкости , где они культивируются (из аквариума, из пробы воды, собранной в природном водоеме), наносятся в капле
6 Малый практикум по зоологии беспозвоночных воды на предметное стекло. После этого капля накрывается покровным стеклом. Препарат готов к исследованию под микроскопом. Изготовление постоянных микроскопических препаратов - длитель­ ный и трудоемкий процесс. Он включает фиксацию объекта, приготовление срезов, окраску их специальными красителями. Все это не входит в программу Малого практикума. Тем, кто хотел бы освоить технику изготовления постоян­ ны х микропрепаратов, можно порекомендовать вводный раздел в «Большом практикуме по зоологии беспозвоночных» А. В. Иванова, Ю. И. Полянского и А. А. Стрелкова (см. список рекомендуемой дополнительной литературы). По постоянным препаратам изучаются как протисты, так и целиком (тотально) зафиксированные многоклеточн ы е животные небольших размеров. Разнообраз­ ные методики окраски таких препаратов позволяют выделить отдельные детали строения организмов, например ядра инфузорий, различные органы многокле­ точных животных. Большое внимание в программе Малого практикума уделяется исследованию гистологических срезов многоклеточных животных. Анализ сре­ зов позволяет составить более полное представление и об общем плане строения животных, и о деталях организации различных систем органов. Гистологические срезы - также один из видов постоянных препаратов. Макропрепараты изготавливаются из крупных животных, которые заклю­ чаются после фиксации в материальные банки. Часто это музейные экспонаты - постоянные макропрепараты . На занятиях по Малому практикуму, однако, предлагается и самостоятельное изготовление временных макропрепаратов при вскрытиях наиболее удобных для изучения объектов, например аскариды (Ascaris sp.) или дождевого червя (Lumb1·icus sp.). В качестве особых препаратов для изучения предлагаются электронограм­ мы - фотографии деталей строения объекта, получаемые при помощи сканирую­ щего или трансмиссионного электронных микроскопов. Электронограммы позволя­ ют увидеть при увеличении в тысячи, десятки и даже сотни тысяч раз, как устро­ ен ы клетки протистов и клеточные пласты многоклеточных. Исследователь по­ лучает возможность детально анализировать то н кое строение, или ультраструктуру, клеток и субклеточных структур. Подготовка объектов для изучения с помощью электронного микроскопа требует специального лабораторного оборудования. Микроскопическая техника На Малом практикуме для изучения препаратов используют микроскопы , микроскопы бинокулярные стереоскопические (далее - бинокуляры) и увеличи­ тельные лупы. Микроскоп состоит из станины с предметным столиком для препаратов, конденсором и осветителем, а также тубуса, в котором смонтирована оптическая система микроскопа. Перемещением тубуса относительно станины при помощи макро- и микровинтов можно сфокусировать оптическую систему микроскопа на объект и получить его четкое изображение. Оптическая система микроскопа включает объективы, ввинчивающиеся в револьверную насадку (турель), которая расположена над предметным столи­ ком, на нижнем конце тубуса. На занятиях по Малому практикуму, как правило,
Введение 7 используются два объектива: восьмикратный (малое увеличение - 8") и соро­ какратный (большое увеличение - 40"). Для изучения наиболее мелких объектов (например, представителей кокцидий) используется также девяностакратный иммерсионный объектив (90"). В этом случае необходимо применять специаль­ ное иммерсионное масло, капля которого помещается сверху на покровное стекло препарата для погружения в нее линзы объектива. Окуляр расположен с противоположной стороны тубуса. При изучении препаратов можно пользоваться окулярами , дающими различное увеличение. Обычно используются семи- или десятикрат ные окуляры. К станине под предметным столиком подвижно крепится конденсор, а ниже его осветитель или зеркало . Свет от источника направляется на тот участок препарата, на который наведен объектив. Перемещая конденсор вверх или вниз, следует сфокусировать четкое изображение светового пучка (источника света) в поле зрения микроскопа. Конденсор снабжен диафрагмой, управляемой неболь­ шим рычажком . Изменяя ширину отверстия диафрагмы, можно регулировать яркость освещения, при этом чем меньше отверстие диафрагмы, тем выше кон­ трастность изображения . Снизу к конденсору прикреплен подвижный держатель для круглого матового стекла. Оно обычно используется для создания равномер­ ного освещения поля зрения микроскопа при работе с малым увеличением. На занятиях по Малому практикуму лучше всего использовать оптику со встроенным осветителем. Такой осветитель кроме лампы, смонтированной на станине микроскопа, имеет трансформатор с выключателем и реостатом для регулировки интенсивности света. При хранении микроскопа его восьмикратный объектив должен быть установлен против предметного столика на расстоянии около 1 см. Именно в этом положении (малое увеличение) нужно начинать микроскопирование. На предметный столик помещается изучаемый препарат покровным стеклом вверх. Объект на препарате должен находиться в центральной части столика - там, где проходит световой луч от осветителя. После этого при помощи макро­ винта микроскоп фокусируется на объекте до получения четкого изображения. Переход на большее увеличение осуществляется поворотом турели объек­ тивов до того момента, когда нужный объектив не встанет вертикально над препаратом с характерным щелчком. Необходимо помнить, что фокусное рассто­ яние сорокакратного объектива очень мало - всего около миллиметра. Поэтому при работе с таким объективом и тем более с объективами, дающими еще большее увеличение, ни в коем случае нельзя пользоваться макровинтом. Фокусировка микроскопа производится только при помощи микровинта. Следует учитывать, что при работе с большими увеличениями микроскопа четкое изображение достига­ ется не по всей толще препарата. Для полноты исследования объекта необходимо просматривать препарат, фокусируя микроскоп на разных уровнях, то есть изучая препарат в последовательных плоскостях. Это достигается медленным вращением микровинта вперед и назад приблизительно на пол-оборота. Таким образом , можно получить информацию о строении объекта по всей его толще. После окончания работы с использованием большого увеличения микро­ скопа необходимо при помощи турели снова установить малое увеличение. Только теперь можно снять препарат с предметного столика.
8 Малый пра ктику м по зоологии беспозвоночных М икроскоп бинокул ярный стереоскопич еский (бинокуляр) дает отно­ сительно небольшие увеличения - от 3 до 100 раз и используется для пред­ варительного просмотра микропрепаратов, изучения мелк их деталей на макро­ препаратах, а также для наблюдения за живым и объектами. Бинокуляр и меет станину с предметным столиком . в который вмонти­ рова но поворачи вающееся зеркало. На специальной штанге к предметному стол ику кре пится о пт ич еская головка . Опти ческую головку можно перемещать по штанге и закреплять при помощи винта в нужном положении. На корпусе оптической головки сверху находятся две окулярные трубки, в которые вставляются сменные окуляры . В н ижней , направленной к объекту части оптической головки имеется линза, вы полняющая функцию объектива . По бокам корпуса симметрично расположены два барабана - переключател и кратности увеличения. На них нанесен ы метки от 0,6 до 7, что соответствует увеличению объектива. Под переключателем кратности увели чен ия находятся ручки фокус11 ровки б1ш окуля р а . Наводка на резкость осуществляется подъе­ мом или опускан ием всей опти ческой головки при вра щен ии этих ручек. Изучен ие препаратов под бинокуляром возможно как в проходящем, так и в отражен ном свете. В зависимости от выбранного режи ма уста навливается освещени е объекта: сн изу (для анализа преп аратов в проходящем свете) или с верху (для наблюден ий в падающем свете). Интенсив н ость освещения регу­ ли руется р еостатом н а трансформаторе осветителя. Рисунок Каждое заняти е по программе Малого практикума - это небол ь шое исследование, результат которого - новые знания о конкретных объектах и о с истематической группе, к которой они относятся. Эффекти вность такой работы может быть разли чной - от поверхностного знакомства с объектами до по­ лучени я детальных п редставлени й о строени11 объектов, которые остаются в «акт и в ном багаже знани й» начинающего исследователя. О п ыт м ног и х поколе ни й показывает, что существует лишь один инстру­ мент, п омогаю щий детал ьно изучить препараты и получать глубокие зна ния о строении изу чаемых объектов. Этот и н струмент - зоолог ический рису нок. И зготовле н ие ри сун ков - обязатель ное условие прохождения Малого практику­ ма. Рисунки делаются со всех типов препаратов, включая электронограммы. Рисова ние преп аратов позволяет обращать вн имание на детали, которые усколь­ за ют от п о верхностн ого взгляда: рассматр и ва н ие препа ратов превращается при этом в акт ивны й процесс исследован и я. Создание рисунка позволяет, помимо прочего, документиро вать собстве нн ые н аблюдения и возвращаться к ним позднее для п о втор е ни я материала и более глубокого изучения объекта. Техника рису нка достаточ но проста. Рисунок должен быть правильн о сориентирован на бумаге, при этом передний конец организма или дорсальная (с пинная) п оверхность среза через тело животного располагаются в верхней части л иста. При ри совани и объекта необходимо, прежде всего, правильно передать его форму, соблюдая все пропорци и. П ропорции тела животного (клет­ ки протиста) должны точно соотноситься с деталями строения - пропорция м и
Введение 9 органов (частей органов) многоклеточных или орга н оидов протистов. Контуры тела и отдел ьных его частей передаются контурными линиями. Необходимо следить за пропорциональностью толщины контурных линий. Наименее замет­ ные детали строения изображаются тонкими линиями; н аиболее существе н ные (например, граница тела органи зма) - толстыми. Фон цитоплазмы клеток и отдельных включений и зоб ражается с помощью тонировки этих мест рисунка то ч кам и . Правильно подобранное соотношение густоты точек хорошо передает фактуру изображаемого объекта. В качестве подготовительного этапа к изготов­ лению рисунка полезно сделать серию штриховых набросков различных частей объекта. Это помогает разобраться в наиболее сложных деталях строения. Полученные наброски использу ются для создания чистового рисунка. Рекомепдуемая дополпител ьная литература Догель В. А. Зоология беспозвоночных Под ред. Лолянского Ю . И . - 7-е изд., перераб. и доп. - М .: Высшая школа, 198 1. 606 с. Жизнь животн ых. Том 1 / Под ред. Полянского Ю. И. - 2-е изд" перераб. М.: Просвещение , 198 7. 448 с. Жизнь животных. Том 2 Под ред . Пастернака Р. К. 2-е изд" перераб. - М .: Просвещени е, 1988. - 447 с. Жизнь животных. Том 3 / Под ред. Г11лярова М . С. и Правдина Ф. И . - 2-е изд. , перераб. - М.: Просвещение, 1984.- 463 с. И ванов А. В. , П оля 11ск11 ii Ю. И., Стрелков А. А. Большой практикум по зоологии беспозвоночных. Том 1. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1981. - 504 с. Ива н ов А. В. , Мо н чадск11й А. С., По.1янски ii Ю. И. , Стрелков А. А. Бол ьшой практикум по зоологии беспозвоночных. Том 2. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1983. 543 с. И ван ов А. В . , По.ГJянскиii Ю. И., Стре.1ков А. А. Боль шой практикум по зоологии беспозвоночных. Том 3. 3-е юд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа , 1985. - 390 с. Кар п ов С. А. Система проти с1ов. 3-е юд.- СПб. -Омск: И зд. Ом ГПУ, 2000. - 215 с. Кар п ов С. А . Строен f1e клеткн проти стов.- СПб: ТЕССА, 2001. - 384 с. Малахов В. В. Загадочные группы морских беспозвоночных. М.: Изд. МГУ, 1990. - 144 с. Серав 11н Л . Н. Простейшие... что зто такое? Протисты: Часть 1. Ру ководство по зоо.1оги и 2000. 679 с. Л.: Наука, 1984. - 176 с. Гл. ред. Алимов А. Ф. СПб.: Наука , Хаусма н К. Протозоология . М.: Мнр, 1988. - 336 с. Brusca R . С. , Brusca G. J . lnvertebrates. 2 -nd edition. - Sinauer Associates, l nc. , PuЫi s hers , Sundcrland, Ma ssachusett s 01375, 2003. 936 р. Rupper t Е. Е. , Ba rnes R. D. lnvertebrate Zoology. 6 -th Edition. Saunders Col\ege PuЬ\ishing. Harcourt Brace College PuЫishers. 1994. - 1056 р.
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МАКРОСИСТЕМЕ: КАКИЕ ГРУППЫ ОРГАНИЗМОВ РАССМАТРИВАЮТСЯ В МАЛОМ ПРАКТИКУМЕ? Многообразие живых организмов велико и измеряется сотнями тысяч уже известных видов. Их количество постоянно увеличивается за счет описания новых. Еще со времен К. Линнея ( 1707- 1778) это разнообразие традиционно рассматри­ вается в системе иерархических таксономически х категорий. Сходные организ­ мы группируются в виды, которые в свою очередь объединяются в таксономи­ ческие категории более высокого порядка - роды, семейства, отряды, классы, типы. Высшая категория - царство - объединяет комплексы видов, сходных по каким-либо наиболее общим характеристикам. В середине XVIII века (период формулировки К. Линнеем принципов таксономии) все организмы разделялись только на две группы: животные и растения. Такие представления надолго зак­ репились в сознании ученых. Вплоть до начала ХХ века все уже известные и открываемые вновь группы организмов относили либо к царству р астени й (Plantae), либо к царству жи вотн ых (A nim alia). Так, грибы и бактерии считались расте­ ниями, а простейшие - животными. Однако у-ме здесь начали накапливаться серьезные противоречия. Дело в том, что основные критерии, позволяющие от нести органи зм к растениям или животным , включали его подвижность (под­ вижные формы -живот ные; неподвижные - растения) и способ питания (гете­ ротрофные формы -животные; автотрофные - растения). Эти признаки не по­ зволяли построить целостную двухцарственную систему. Например, грибы и большинство бактерий характери зуются одновременно отсутствием автотрофного питания и подвижности. Многие подвижные одноклеточные организмы характе­ ризуются автотрофией, а некоторые из них могут менять автотрофный тип питания на гетеротрофный (миксотрофия) в зависимости от условий существования. Для большинства групп фотосинтезирующих одноклеточных можно найти родствен­ ные им формы, но лишенные пигментов и питающиеся гетеротрофно. Все эти существа трудно с определенностью отнести к животным или растениям. Соответствен но к середине ХХ века традиционное деление живого на два царства перестало соответствовать уровню знаний об органи змах. Этому спо­ собствовало развитие методической базы научных исследований. Пожалуй, наиболее сильное влияние оказало широкое использование техники эле1\"тронной микроскопии. Применение электронного микроскопа позволило перейти на уль­ траструктурный уровень анализа строения клетки, детально обосновать различия между организмами, клетки которых имеют оформленное клеточное ядро, и «безъядерными» формами, определить наиболее значимые морфологические признаки одноклеточных организмов . Формируются представления о существенных различиях прока р иот и эу ка­ риот, при этом внутри последних выделяются, по крайней мере, четыре царства. Эти взгляды формализованы в схеме Уиттекера (Whittaker, 1969) (рис. 1). Такая пятицарственная схема в самых общих чертах иллюстрирует во зможные пути исторического развития живых существ.
L Представления о макросистеме Plantae Fungi Animalia Monera Рис. 1. Филогенетические взаимоотношения между основными группами живых организмов (из «Протисты», по Whittaker, 1969) 11 В основании этой схемы - организмы, характеризующиеся отсутствием клеточного ядра (бактерии и цианобактерии). Все они выделяются в царство прокариот (Mon era). У этих организмов одноклеточная или колониально-од­ ноклеточная организация; цитоплазматические связи между клетками отсутству­ ют. Пр едставители большинства групп прокариот питаются абсорбционно, однако имеются также фото- и хемосинтетики. Подвижность клеток осуществляется при помощи простых жгутиков (структурной основой которых служит белок фла­ гелл ин) или скользящим способом. Многие представители лишены способности к передвижению. Важной особенностью прокариот является отсутствие отгра­ ниченны х мембранами клеточных органоидов и тубулиновых микротрубочек. Генетический материал сосредоточен в единствен ной кольцевой молекуле ДНК, в упаковке которой не участвуют специальные белки. Для прокариот характерны относительно небольшой размер генома и практически полное отсутствие интронов - последовательностей нуклеотидов ДНК, с которых не осуществля­ ется трансляция.
12 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Клетки всех остальных одноклеточных и многоклеточных организмов имеют клеточное ядро, ограниченное двумя мембранами (ядерной оболочкой), и могут быть объединены в группировку эука риот. Впрочем , последняя груп­ пировка не получила официального таксономического статуса, поскольку с самого начала внутри нее различали три царства: традиционные уже растения и животные , а также вновь выделенное царство гр ибов (Fungi). Эти представления также получили свое отражение в упомянутой уже системе Уиттекера (рис. 1). В качестве общих особенностей эукариотных организмов можно указать (помимо ядерной оболочки) упаковку линейной ДНК в хромосомы, в которых ДНК связана с белками - гистонами. Жгутики и реснички эукариот имеют характерную структуру, в основе которой - система тубулиновых микротрубочек . Последние также выступают как важный элемент цитоскелета эукариотической клетки. Все эукар иотические клетки характеризуются наличием внутренних мембранных структур, позволяющих эффективно использовать разные части такой клетки для выполнения специальных функций . Исп ользование ультраструктурных данных предопределило формирование представлений об особых путях эволюции одноклеточн ых эука р иотны х орга­ низмов. Общее для них - реализация адаптаций на клеточ н ом уровн е орга­ низац юt. Основа пластичности этих организмов - органоиды и иные структур­ н ые элементы клетки. В отличие от клетки многоклеточного организма - спе­ циализированного элемента, выполняющего свою функцию в составе клеточных пластов, клетка одноклеточного «ВьJНужде на » оставаться полифункциональной . Клетка одноклеточного организма функционирует «один на один» с разн ообраз­ ными условиями среды обитания. Отсюда и разл ичия строения одноклеточных эука риот: раз нообразие мембранных структур, цитоскелет ных элементов, моди­ фикации обычных органоидов эукар иотической клетки и приобретение внутри­ клеточных структур, не характерных для клеток многоклеточных организмов. Им енно такие представления легли в основу концепции еще одного царства, выделяемого в составе эука риотических организмов - царства пр от ис то в (Protista) . Это царство включает в себя организмы, ранее рассматривавшиеся как простейшие (одноклеточные животные). Сюда относятся также фотосинте­ зирующие организмы с различ ным набором пигментов (водоросли). Среди по­ следних - большое количество видов одноклеточных. Однако есть и формально многоклеточные, тело которых хоть и состоит из большого числа клеток, но лишено тканевой организации (талломная структура). В состав протистов вошли также некоторые группы, относимые ранее к гри­ бам. Среди них плазмодиальные и клеточные слизевики. Первые формируюг плаз­ модии с многочисленными ядрами. Общая цитоплазма таких организмов не разде­ лена клеточными мембранами. Вторые представляют собой так называемые псев­ доплазмодии: на первый взmяд они подобны плазмодиям , однако клеточные мембраны делят их цитопл азму в соответствии с количеством ядер на отдельные клетки . Очевидно, что концепция царства протистов шире, чем традиционно рас­ сматриваемая зоологами концепция простейших. Поняти е «простейшее» как одноклеточное животное отражает лишь самые общие морфологические особен­ ности - соответствие строения простейшего схеме строения клетки многокле­ точного. Однако в физиологическом отношении простейшие, как целостные
Представления о макросистеме 13 организмы, эквивалентны всему организму многоклеточных животных. Более того, морфологическая равноценность простейшего клетке многоклеточного в из ­ вестной степени относительна, ибо дифференцировка органоидов может достигать б6льшей сложности. Это было ясно уже в эпоху световой микроскопии и окончательно подтвердилось благодаря использованию ультраструктурных данных. Простейшие занимали место в системе царства животных вначале в ранге типа (Protozoa). Затем, с углублением представлений о разнообразии их строе­ ния - уже в качестве подцарства Protozoa в царстве Animalia. В обоих случаях простейших представляли как филогенет11чески единую группу; всех однокле­ точн ы х животных считали родственными формами. С появлением концепции отдельного царства протистов одноклеточные животные стали рассматриваться как составная часть этого царства. Строение протистов (и одноклеточных животных, в частности) чрезвы­ чайно разнообраз но. Это отражается в выделении внутри царства Protista групп организмов, характеризующихся различными планами строения - типов. Фи ­ логенетическое единство некоторых из них не вызывает сомнения. Так, в пред­ лагаемом издании рассматриваются организмы, от н осящиеся к достаточно четко очерченным типам Ciliophora (инфузории), Apicomplexa (споровики). В то же время в отношен11и других групп такая «систематическая» определенность пока отсутствует. Группы, ранее традиционно считавш11еся филогенетически един ы­ ми, представители которых, как полагал11, имеют существенные черты струк­ тур н ого сходства, ныне рассматриваются как независимые. На основании уль­ траструктур н ых да н ных и результатов молекулярных исследований устан овлены существенные различия жгутиковых и амебоидных организмов (ранее объеди­ нявшихся в типе Sarcomastigophora). Более того, как внутри жгутиконосцев, так и внутри амебоидных протистов сейчас выделяется целый ряд груп п, п о - види­ мому не связанных непосредственным общим происхождением. Эти группы рассматриваются протистолоrами ныне как отдельные типы. Например, тип Rhizopoda, т и п Foramiп i fera и др. среди амебоидных протистов; тип Polymastigota, тип Eugle п ozoa, тип Choaпomoпada, тип Chlorophyta и многие другие среди жгутиковых. С этой точки зрения основной признак «амебоидностю> - спо­ собность формировать псевдоподии различного вида - теряет с и стематическую значимость. Точно так же само по себе наличие жгутикового аппарата уже не может рассматриваться как основание для объединения имеющих его протистов в отдельн ом типе. Можно говорить только о ко н стру ктивных принципах о рг а ни з ации амебоидных и жгутиковых протистов. Важно подчеркнуть нетак­ сономический (а з11ач11т, без филогенетического смысла) характер конструктив­ ных пр инци п ов организации. В Малом практикуме при изложении материала применяется именно такой подход. Он позволяет рассматривать амебоидных протистов (нетаксономическая группа) на примере представителей конкретных типов амебоидных орга н измов. Аналогично м ы рассматриваем жгутиковых протистов, приводя для каждого объекта его с и стематическое положение в определенном типе. Та же логика использована и при изложении материала по некоторым группам многоклеточных животных (см. ниже). Помимо грибов и протистов, эукариоты включают две крупные группиров­ ки м ногоклеточных организмов - растений и животных (царство Plantae и цар-
14 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ство Animalia). Необходимо помнить, что сама по себе многоклеточность - :шшь один из признаков этих организмов (известно, что многие протисты также состоят из большого количества клеток - см. выше). Наиболее существенным ддя них оказывается дифференцировка и специализация вегетативных клеток в многоклеточном теле. Примеры этого можно найти уже у наиболее прими­ тивных представителей растений и животных. У более сложно организованных многоклеточных эукариот клетки, выполняющие сходные функции и формиру ­ ющиеся из сходных камбиальных элементов, объединяются в клеточные пла­ сты - ткани. Формируются специализированные части организма - органы. Таким образом, можно указать основные направления эволюции, реали­ зующиеся на этом уровне орган изации. Это «разделение труда» вегетативных клеток организма с соответствующей их специализацией, развитие механизмов кооперативного клеточного взаимодействия, формирование клеточных пластов, изолирующих внутреннюю среду м ногоклеточного тела, развитие общих для всего организма интегрирующих систем. Все эти черты ярко проявляются в организации представителей царства Animalia - гетеротрофных многоклеточных организмов. Ранее в составе этого царства рассматривали два подцарства - Protozoa и Metazoa. После выделения протистов в отдельное царство все одноклеточные животные заняли в нем свое достойное место. Соответственно царство Animalia ныне по объему соответству­ ет ранее выделявшемуся подцарству Metazoa. Исследования последних десятилетий позволили в значительной степени уточнить казавшуюся уже традиционной систему Animalia. Основанием к этому были новые данные об ультраструктуре клеток многоклеточных животных, сравнен ие белков и последовательностей нуклеотидов ДНК различных генов. Некоторые из этих изменений в системе, а значит и в представлениях о фи­ логенетической близости различных групп, отражены в этой книге. Так, ран ее не подве ргалось сомне ни ям единство ти п а Porifera (Губки). Результаты морфо-эмбриологического и молекулярно-генетического анали­ зов позволили заключить, что губки представляют собой группу из четырех параллельных эволюцио нных ли ний . Соответственно обос новывается суще­ ствование четырех типов губок - Demospongia , Homosclerospongiae. Hexactiпe l ­ lida, Calcispongiae. Как же относиться те п ерь ко всей группе Porifera? Возможно, для них будет предложена систематическая категория высшего порядка. Однако очевидно, что всех губок объединяет единый ко н структивный nринщtn орга­ низации. Его мы и заявляем в заголовке соответствующей части этой книги. Конкретные же объекты относим к тому или иному типу губок. Аналогичный принцип используется и при изложении материала по первич­ нополостным беспозвоночным. Главный признак, который лежал в основе выде­ ления нескольких крупных группировок беспозвоночных, - наличие у них пер­ вичной полости тела (шизоцеля). Однако планы строения животных , относящихся к этим группировкам, существенно отличаются. Более того, сама по себе пер­ вичная полость тела, по-видимому, приобреталась в процессе эволюции не еди­ ножды. Такие представления соответствуют данным ультраструктурного и моле­ кулярно-генетического ан ализов: эти новые результаты свидетельствуют о суще­ ствовании нескольких неродственных групп первичнополостных беспозвоночных.
Представления о макросистеме 15 Следовательно, филогенетическое единство всей группы в целом отсутствует. Система первичнополостных беспозвоночных в последние годы активно пересмат­ ривается. Это связано не только с представлениями о неоднородности уже из­ вестных, но также с открытием совершенно новых групп беспозвоночных - Loricifera, Cycliophora, Micrognathozoa, положение которых в системе пока также дискуссионно. Оставляя за рамками нашей книги вопросы макросистемы данной группы беспозвоночных, мы будем основываться на том, что уже сейчас при­ нимается всеми исследователями: разнообразие первичнополостных беспозво­ ноч ных обусловлено существованием нескольких групп организмов - типов животных, характеризующихся разными планами строения. Соответственно в нашем учебном пособии рассмотрены представители типов нематод (Nematoda), коловраток (Rotatoria), скребней (Acanthocephala), цефалоринхов (Cephalorhy ncha). Систематическое положение других групп беспозвоночных приводится в соответствии с традиционно принятым выделением типов и, на наш взгляд, не требует дополнительных комментариев. Таким образом, Малый практикум по зоологии беспозвоночных включает описания объектов, принадлежащих к двум царствам эукариотических организ­ мов: Protista и Animalia. Их строение иллюстрирует особенности двух направ­ лений э волюции организмов, внутри которых реализуются различные эволюц и­ онные принципы. С этой точки зрения говорить об одноклеточных организмах как о простейших , то есть характеризующихся заведомо более примитивной орга ни зацией, безусловно не следует. В заключение необходимо отметить, что поиск объективных подходов к построению системы организмов продолжается. Появляются все новые ме­ тоды исследования, способы обработки данных. Приведенная в качестве ос новы для изложения материала в этой книге пятицарственная система живых орга­ низмов Уиттекера ныне может считаться удобной лишь в учебном плане - для первичного знакомства с биоразнообразием. Исследования трех последних де­ сятилетий принесли обширный материал для новых обобщений. Предложены десятки вариантов макросистемы, большинство из которых характеризуется увеличением количества группировок уровня царств. Некоторые модификации макросистемы органи змов уже можно признать официально принятыми. Так, в пределах прокариот по целому комплексу признаков выделяется группа ар­ хебактерий (ныне- царство Archea). Однако основной матери ал для увеличения количества царств в новейших системах - разнообразие эукариотических орга­ ни змов. Среди них в соответствии с некоторыми системами выделяют семь, десять и даже восемнадцать царств. Наиболее существенные изменения макро­ системы предлагаются дл я протистов как наиболее гетерогенной по ультраструк­ турным признакам группы эукариотических организмов. Яркий пример такого подхода - выделение семи царств только среди жгутиконосцев в соответств ии с системой Лидэла (Leedale, 1974). Раз нообразие мнений, выраженное в работах последних лет, не позволяет пока говорить о предпочтительной схеме макросистемы живых организмов. Здесь мы подошли к кругу вопросов , которые находятся в стадии активного исследования. Освещение этих вопросов - прерогатива научной литературы, а значит, дале ко выход ит за рамки нашего учебного издания.
ТЕМА : КОРНЕНОЖКИ (тип Rhizopoda) К Rhizopoda, или корненожкам, относятся фаготрофные, одно - и много­ ядерные протисты, образую1.J..О1е ложноножки (псевдоподии). По­ с.1едниепреимущественнопредставлены лобоподиями или филопо­ . 1 и я м и. Жгутиковые стадии встречаются редко (классы Peloflagellatea, Aphelidea). Многие корненожки имеют домики, или раковины. В основном агамные формы : половой процесс описан только у нескольких видов. Представители многи х видов способны инци стироваться ; плодовые тела и спор ы на протяжении жизненного цикла не образуются. Морские, прес новодные и почвенные формы . Возможно, что к этому же таксону относится и ряд паразитических амеб (семейство EntamoeЬidae). Корненожки - сборная группа. В настоящее время к ним предположи­ тельно относят пять классов: Lobosea, Filosea, Peloflagellatea, Xenophyophorea и Aphelidea. Ниже рассмотрены представ ители класса Lobosea. Класс Lobosea (лобозные амебы) Mamepua.1. Рнзопод, или корненожек, изучают на примере 2-3 видов, относящихся к классу Lobosea. Чаше всего это АтоеЬа prote11s н A1·cella spp. Обе эти формы ле гко доступн ы . Их культуры хорошо поддерживаются в лабораторных условиях. Для созда ния лабораторной культуры из небольших водоемов (ка навы , прудики и т. п.) берут пробы воды с гниющими на дне растительными остатками, листьями, взмученным илом и т. д. Пробы помещают в чашки Петри и дают им отстояться. В каплях воды, взятых пип еткой со дна эти х чашек , почти наверняка мож110 11айти крупных амеб. Этих амеб размещают по чашкам Л етри, лучше с водой из водоема, где водятся амебы, и добавляют зернышки риса (2-4 на чашку) . Вместо видов poro A1·cella можно с успехом использовать многочисленные виды широко распространенного pore Diffl11gia. Кроме живых культур рекомендуется иметь н набор постоянных окрашенных препа­ ратов. В первую очередь это относится к АтоеЬа prote11s. Класс Lobosea, или лобозные амебы, представлен свободноживущими морскими, пресноводными и почвен н ыми видами. Для всех представителей этого таксона характерно наличие псевдоподий особого типа - лобозных псевдоподий, или лобоподий. Лобоподии чаще всего имеют относительно крупные размеры и пальцевидную форму. В их образовании принимают участие и г и ал о п л а з­ м а, и гр а н ул о п л а з м а. Большинство лобозных амеб лишено наружных защитных образований в виде раковины. Такие формы объединяются в подкласс Gymnamoebia (голые амебы). К этому подклассу относито~ АтоеЬа proteus. Амебы, у которых имеются защитн ые образования в виде домика, или раковины, образуют подкласс Testacealobosia, или раковинные амебы (роды An:ella, Difllugia). ПРЕПАРАТ - Ainoeba proteus (рис. 2) Методические указания. Амебу изучают iп \' ivo (при жизни) на временных пре­ паратах. На предметное стекло наносят с помощью пипеткн капельку культуральной жидкости, содержащей амеб. Эту каплю накрывают покровным стеклом. Сначала к капле подводят один край покровного стекла. Культуральная ж~щкость за счет с1ш поверхностного н атяжения
Корненожки - Rhizopoda 17 растекается вдоль всего края покровного стекла. Далее стекло нужно очень аккуратно отпу­ сти ть. Жидкость при этом равномерно растечется между покровным и предметным стеклами. Если капля оказалась слишком большой и покровное стекло свободно «плавает» по ее поверхно­ сти, то избыток жидкости следует убрать с помощью фильтровальной бумаги. Для этого узкую полоску та кой бумаги аккуратно подводят к краю покровного стекла и оттягивают лишнюю влагу. Эту операци ю лучше всего контрол ировать, используя бинокуляр или малое увеличение микроскопа. Изготовленные таким образом временные препараты изучают при малом (8х) и большом (40х) увеличениях микроскопа. Сначала необходимо понаблюдать за движением амебы, используя дЛЯ этого малое увел ичение. Детал и строения клетки амебы рассматривают при большо\1 у ве­ ли чении . Н а живых а м ебах далеко не всегда удается рассмотреть ядро. Для того чтобы воспол­ нить этот пробел, рекоме ндуется демонстраци о нн о выставить постоянные препараты, окра ­ ш ен ны е ядерными красителя ми (гематоксил ин Гейденгайна , гематоксилин Бемера 11 т. п.). АтоеЬа pmteus - крупный амебоидный организм. Его размеры достигают 200-500 мкм. Амебы этого вида характеризуются наличием многочисленн ых (до 1О и более) дл инны х, ло пастны х 11севдо11 од и й (лобоnодий). Такие формы наз ываются поли подиальными. Псевдоподии п остоя нно меняют свою форму и размеры . Вновь образующиеся псевдо п одии быстро удлиняются, иног­ да ветвятся , тогда как более старые на глазах укорачиваются и часто исчезают совсем. А. pmteus, как и другие представител и голых амеб , с н аружи покрыты толь ко п .1 аз.мал е .мм о й. Цито плазма амебы отчетл иво п одразделяется 11а две зоны. Непосредственно под плазмалеммой залегает оптически прозрачный, лишенный каких-либо включений тонкий слой цитопл азмы, называемый :J кт о 11 л аз .\t о й, или гиалоплазмой. Толщина гиалоплазмы в р азны х участках тела амебы раз­ лична. У основания псевдопод ий и на их боковых поверхностях она, как правило, образует очень тонкий слой, а вот на концах псевдоподий ее толщина заметно увеличивается. Эти утолщенные участки называются г и а .1 ин о вы .11 и к о -7 - пачка.ми, или «шапочками». Внутренняя масса клетки п редста влена так н азы ваемой энд о 11 лаз .ной, или гранулоплазмой, кото р ая содержит все клеточн ы е орга нои ды и большое количество разнообраз ных включений. При наблюде нии за движущейся амебой с использо ванием большого увеличения микроскопа хоро шо заметны разли чия в под вижности раз ных у частков цитоплазм ы . Ги алоплазма и самые п ерифери­ ческие у ч астки гранулоплазмы по сути дела остаются неподвижными - вклю­ чения, имеющиеся в гранулоплазме , почти не перемещаются относительно друг друга. Совершенно иная картина наблюдается в центральной зоне гранулоплаз­ мы. Здесь постоянно возн икают ток и цитоплазмы той или ино й ин те нсивности. Сами эти токи хорошо заметны, потому что в них вовлекаются не только мелкие гранулы и включения , но и органоиды клетки, включая ядро. В рас ­ тущей псевдо под ии цитоплазма п еремещается к ее концу. Из укорачивающихся псевдоподий цитопл азма оттекает в центральную част ь клетки. Наблюдае мая картина легко объясняется тем, что цитоплазма может нахо­ диться в одном из д вух возможных а гр егатных состояний - состоя ни и золя и состоянии геля. Буду чи в состоянии золя, цитоплазма характеризуется повы­ ше нной текучестью. Переход в состояние геля знамен уется п овышением плотности цитоплазмы и утратой ею текучести . Переход цитоплазмы из состояния золя
18 гиалиновый колпачок ядро. включения Малый практикум по зоологии беспозвоночных :жтоплаз.~10 (гиалоплаз,wа) эндоплазма (гранулоп1аз.\fа) .-: ,;;.r+o;>r--- сократите.1ьная вакуоль пищеварителыюя вакуоль Рис . 2. АтоеЬа pюteus, внешний вид в состояние геля и обратно совершается в клетке амебы постоянно и, по­ в идимому, играет важную роль в реализации механизмов амебоидного движения. У перемещающейся амебы в ведущей по направлению дв ижения псев­ доподи и це нтральный ток жидкой гранулоплазмы, достигнув конца псевдоподии, растекается в сторон ы в виде струй фонтана. Повернув назад, эти многочис­ ленные струйк и очен ь скоро сталкиваются с плотной, находящейся в состоянии геля периферической гранулоплазмой, за счет которой под слоем гиалоплазмы фактически образуется своего рода упругая и нетекучая «стенка» псевдоподии. Значительная ч асть жидкой гранулоплазмы при этом сразу же переходит из состояния золя в состояние геля. Таким образом, на конце псевдоподи и по мере ее продвижения вперед периферическая плотная зона гранулоплазмы постоянно надстраивается. В это же время в задней по ходу движения и центральной частях клетки столь же постоянно осуществляется переход геля в зол ь - плотная гр анулоплазма разжижается и включается в общий поток, направляющийся к свободному концу растущей псевдоподии. Вместе с токами цитоплазмы в клетке п остоянно п еремещаются и различные органоиды. Способност ь образовывать псевдоподии лежит и в основе фагоцитоза - процесса заглатывания пищевых частиц амебами. Питаются амебы, поглощая
Корненожки - Rh izopoda 19 бактерий, одноклеточные водоросли и мелких простейших. Захват пищи можно легко наблюдать на временных препаратах. После возникновения контакта между пищевым объектом и плазмалеммой на поверхности тела амебы в этом участке формируется так называемая пищевая чашечка. Ее стенки в виде складки "-- -- ~ охватывают поглощаемую частицу со всех сторон. В конце концов края этои складки смыкаются, и пища оказывается заключенной внутри небольшого ок­ руглого пузырька, полностью изолированного от внешней среды и называемого пищеварительной вакуолью. Мембрана , ограничивающая пищеварительную ва­ куоль, по своему происхождению является дериватом поверхностной мембраны клетки. Пище~тельные вакуол'!. распознаются довольно легко. Они, как правило, заполненьrпmцет;rми частицами (скопления бактерий, мелкие простейшие, полупереваренная пища и т. д.). Сформированные пищеварительные вакуоли поступают в центральную часть клетки, где и подхватываются токами цитоплазмы. Форма, размеры и окраска вакуолей зависят от характера содержащихся в них пищевых частиц. Количество же вакуолей определяется обилием доступной для амеб пищи в культуральной жидкости. Амебы, выращенные в аксеничных условиях, то есть в культурах, не содержащих бактерий, могут вообще не иметь фагоцитозных пищеварительных вакуолей . Питание таких амеб осуществляется с помощью других механизмов, в том числе и за счет пиноцитоза. Выбрасывание непереваренных остатков пищи (дефекация) может проис­ ходить в любой точке поверхности тела. Вакуоль с непереваренными остатками подходит к поверхности , ограничивающая ее мембрана сливается с поверхно­ стной мембраной клетки, при этом содержимое вакуоли выбрасывается наружу. Осморегуляторный аппарат амебы представлен одной с окр ат и т ель­ н о й ва куол ью. Как и другие органоиды, она постоянно меняет свою ЛОка;J~&цию. У....живых и подвижных амеб вакуоль имеет вид прозрачного пузырька правильной округлой формы . В отличие от большинства других кле­ точн ых структур сократительная вакуоль постоянно меняет свои разме ры , при ­ чем в этих изменениях проявляется определенная цикличность. В обычных условиях при комнатной температуре этот цикл занимает 5- 8 мин. Самые ранние стадии формирования сократительной вакуоли удается заметить дале ко не всегда. Как правило, она становится хорошо заметной , когда ее размеры увеличиваются и становятся соизмеримыми с размерами самых крупных гранул и липидных капель. В этот момент она выглядит как светлое, прозрачное пятнышко на фоне зернистой гранулопл азмы. Постепенно диаметр вакуоли увел ичивается. Эта стадия роста вакуоли, обусловленная поступлением в ее полость воды из цитоплазмы, называется диастолой. Когда размеры вакуоли достигают максимальной вели­ чины, наступает стадия систолы - она резко и очень быстро сокращается, выбрасывая свое содержимое наружу из клетки через временно образующееся отверстие. Через 1- 2 минуты цикл повторяется. ~roteus обычно приурочено к центральной части клетки, хотя постоянно меняет свое положение . Оно неправильной дисковидной формы , поэтому при изучении живых движущихся амеб его мож.:юувидеть То как неправильный круг, то как овал, а то и как палочковидную структуру. Наблю­ даемая форма , таким образом, зависит от того, как в данный момент вр емени
20 Малый практикум по зоологии беспо звоночных ядро лежит по отношению к оптической оси микроскопа. От других органо11дов ядро можно отличить не только по форме, но и по внуrрен11ей структуре. Оно равномерно за п олнено мелкозернистым материалом и по этому хорошо в ы деля­ ется как светло-серое пятно на фоне грубозернистой цитоплазмы, содержащей гетерогенные включения. Если ядро не удалось рассмотреть у живой амебы, 'JTO следует сделать, используя окрашен11ые постоянные препараты . В к .1 ю ч е н u я, запол няющие гранулоплазму, имеют самую разную при­ роду. Э IV 1 ранулы рt!зервных полисахаридов, ли пидные капл11 11 многочисленные кристаллы. Соответственно для каждого типа включений характерны специфиче­ ская форма и размеры . АтоеЬа pюteus (пm Rh izo p oda; класс Lobosea; подкласс Gymnarnoebla; отряд E u a m ocblda) обитает в 11лс на дне водоемов со стоячей, часто загрязненной водой. Как 11 мно­ гие друr11е а~1ебо11дные орrаю1З\!Ы. представите.111 рассматр11вас,10rо в1ца \IОГ)'Т 11зчснять присущую им фор,1у тела в завис им ости от своего состояния. Наиболее по:~но '10рфо.1оrические особенности, пр11сущис каждому конкретному внду амеб. в ТО\1 чнсле 11 А. proteus. выражены у так называемых направленно перемещающ11хся амеб. Их часто называют .1око,10торныш1 форчамн. Именно этой форме и пр11над.1еж1п вся пр~1веденная выше характер11стика . Пр11 определенных условиях клетки амеб могут демонстрировап, подвиж1юсть 11 даже выпускать короткие многочисленные псевдоподии, 1ю при этом никуда нс пере\lещаются . Jт11 клетк11. как прави.10, 11мсют OIЧ>yrnoe в плане и уплощенное тело. которое по краю несет '1ноrочнсленные 11 очень короткие пссвдоподш1. Последние мо1 )''Т д..11пс,1ыюе время сохранять фор,1у 11 раз\1еры. В ни х 11 е удается наблюдать акт11в1юrо движе 1111я rра11улопла1мы. Кро,1с того. а\!ебы могут свобод110 парить в воде . Пр11 это,1 они открепляются от субстрата 11 пас­ с11вно перс~fещаrо1ся с токами воды. В ЭТО\t с;1учае амебы приобретают \арактерную звездооб­ разную форму от небольшой центральной массы ц11топлазмы радиально расходятся дли1111ыс, узкокон11ческие 11 малоподвижные псевдопод11и. Так11с амебы называются флот11рующ11м11 . Размножается А. pr·ot eus только ara\IHO. путе~1 б11нарноrо дслен11я. или деленr1я на..::tвое . Половоii процесс у '>того вида не опнса11. 1lеп осредственно перед дс; 1с1111см а\lеба перестает ползать н распластывается по субстрату. У нес исчезают сокраппельная 11акуоль 11 ш1ктносомы аппарата Гольджи. Вначале делится ядро. затс~1 следует цитокш1ез де.1енне щпоп.1аз\lаТ11- чес1...-оrо те;~а к..1етк~1. ПРЕПАРАТ- Arcella sp. (р ис . 3, А, Б) Методические указания. Живых арцелл юучают 1ra времс11ных nрепаратах под м11кроскопом, используя малое (8х) и большое (40') увсл11че11ня . Для более детального ·111а­ КО\IСТВа со структурой раковины 11 я.:tер мож110 воспользоваться постоянным11 препарата,111 . В это\1 случае лучше работать с нммерс11он11ы'1 объектнвО\1 (90'). Агсе//а sp., как и другие представители ракови1111ых амеб, одета снару-ми р а 1\ о в и н о й (рис 3, А). Пос.:~едняя у амеб рассматр11вае\10го вида имеет форму плоско-выпуклой или выцукло-вогнутой линзы: верхпяя сторона ракови­ ны отчетливо выnу.клдя, тогда как_ннжняя уплощена или даже слабо .воrнуrа. На плоской стороне раковины располагается округлое отверстие - 1· с 111 ь е, __.__ через которое активная амеба выпускает 2-3 псевдопод1111, чаще всего отходя- щие от общего основания. Лсеваgпо,ции массивные, паль~е. Фор:ш1ру­ ются они главным образом за счет гиалоплазмы. Лишь в осевой части са"1ых крупных псевдоподий 11 ближе к их основанию удается рассмотреть небольшое количество гранулярного материала.
Корненожки - Rhizopoda устье А сократительные вакуоли эпиподии эпдоплаз.wа кариосома устье псевдоподия Рис. 3. Arcel/a sp.: А - раковина , вид со стороны устья; Б - внешний вид (сбоку) Б 21 Старые раковины очень плотные и окрашены в темно-коричневый цвет. Рассмотреть содержимое раковины практически не удается. Совершенно иная картина наблюдается у амеб, недавно завершивших процесс деления и сфор­ мировавших новую раковину. У таких молодых особей она настол ько проз р ачна , что сквозь нее хорошо видна часть тела амебы, за ключенная внутри рако вины (рис. 3, Б). Цитоплазма з апол няет не весь объем раковины: между стенкой раковины и поверхностью клетки амебы остается узкое щелевидное пространство. Тем не менее, свя з ь между раковиной и амебой существует. Она обеспечивается особыми псевдоподиеобразными выростами - э 11 и под и я,А1 и. Свободные концы коротких и тонких эпиподий прочно прикрепляются к вн утренн ей по­ верхности раковины . Зернистая эндоплазма содержит хорошо заметные пищевари­ тельные вакуоли. УArcella sp.имеетсянесколько сократитель - н ы х в а к у о л е й, но рассмотреть их удается далеко не всегда. Иногда при дл ительном наблюдении за активными амебами удается увидеть 1- 2 вакуоли, имеющие вид правильно округлых, проз рачных пуз ырьков . Ядерный аппарат арцеллы представлен двумя довольно крупными овальными и ли округлыми
22 Малый практикум по зоологии беспозвоночных я драм и, за н имающими в клетке супротивное положение. Рассмотреть ядра у живых амеб довольно трудно. Чаще всего они видны как более светлые вакуолеподобные структуры, слабо выделяющиеся на фоне более гетерогенной, зернистой цитоплазмы. На окрашенных постоянных препаратах ядра видны очень хорошо. Более того, можно рассмотреть, что они содержат центрально расположенную крупную к ар и о с о .м у. Кроме того, у хорошо зафиксирован­ ных амеб отчетливо различима особая окрашивающаяся зона цитоплазмы. Она имеет форму кольца и занимает более или менее периферическое положение в клетке. За эт и м образованием и по сей день часто сохраняется название «хром идиальное кольцо». На окрашенных препаратах хорошо выявляется и структура стенки рако­ ви ны арцеллы. При использовании большого увеличения (а еще лучше им­ мерсионного объектива 90х) можно рассмотреть, что в стенке раковины отчет­ л и во выявляются гексагональные поля, разделенные узкими промежутками (рис. 3, А). Эти поля, или альвеолы, представляют собой пластинки белковой природы. У старых особей в альвеолах откладываются соли железа, поэтому раковина приобретает, как уже говорилось выше, темно-коричневую окраску и становится непрозрачной. Arce/la spp. (тип Rhizopoda; класс Lobosea; подкласс Testacea lobos ia, отряд Arcelliп i da) , как и другие раковинные амебы, широко распространены в пресных водоемах. Несколько видов этого рода часто встречаются и в сфа1 новых мхах болот. Некоторые виды арцелл поселяются в почве. Арцеллы малоподвижны. Это, скорее всего, связано с наличием раковины. Домик во время движения приподнимается над субстратом. Скорость движения от 3 до 5 мм/ч. Фаго­ цитирование пищевых частиц осуществляется с помощью выступающих из раковины псевдо­ подий. Арцелла, как и большинство других раковинных амеб полифаг. Она питается орга­ ническим детритом, бактериями, водорослями , простейшими. Выведение непереваренных остатков происходит только при втянутых псевдоподиях пищеварительная вакуоль транс­ портируется к устью, где и осуществляется процесс экзоцитоза остатков пищи. Таким образом, не прикрытый раковиной участок поверхности клетки в области устья функционально пре­ вращается в постоянно локализованную клеточную порошfщу (цитопрокт) . Размножаются арцеллы бинарным делением, которое хара~--тернзуется рядом специф11- ческих особенностей, обусловленных налич11ем у них раковины. Перед делением в цитоплазме накапливаются так называемые текагенные гранулы пузырьки с плотно упакованными аль­ веолами, необходимыми для построения дочерней раков11ны . Процесс деления начинается с того, что через устье материнской раковины наружу выпячивается часть цитоп:~азмы. Посте­ пенно образуется почка, которая по размеру примерно равна материнской особи. Текагенные гранулы распределяются под мембраной почки в одни слой . На поверхности почки выделяется гомогенный матрикс, и вслед за этим путем экзоцитоза выводятся альвеолы. Эти сложные процессы завершаются формированием новой, дочерней раковины. И старая, и новая раковины тесно прилегают друг к другу устьями. Завершается размножение арцеллы распределением ядер между дочерними клетками и разделением особей после разрушения специального «замка», соединяющего устья раковин. При наступлении неблагоприятных условий раковинные амебы образуют цисты. Устье раковины закрывается тонкой органической мембраной 1пифрагмой. Помимо обычных, покоящ ихся цист у А. vulgm·is образуются особые мейоп1ческие цисты , в которых протекает половой процесс по типу автогамии - слияния имеющихся ядер с последующим мейотическим делением сложного ядра синкариона. Достоверных данных о половом процессе у д руп1х раковинных амеб пока нет.
ФОРАМИНИФЕРЫ (тип Foraminifera) Материал. На занятии студенты работают с объектами, заключенными в постоянные препараты и сухие камеры. Подбор объектов определяется необходимостью познакомить студентов с разными типами раковин фораминифер - агглютинированными и секреционными, одно- и многокамерными, с линейным и спиральным расположением камер и т. д. Набор конкретных видов может варьировать. Фораминиферы - гетеротрофные, преимущественно свободноживущие простейшие, характеризующиеся уникальным набором признаков. l. Клетка фораминифер заключена в раковину, или домик. Однако часть периферической цитоплазмы находится вне раковины и покрывает последнюю сн аружи в виде относительно тонкого слоя. Таким образом , скелет фораминифер, по сути дела, является не наружным, а внутре н ним. 2. Раковины могут быть чисто органическими, а г гл ют и н и р о в а и­ н ы м и (различного рода мелкие частицы экзогенного п роисхождения склеи­ ваются органическим матриксом, продуцируемым самим простейшим) и с е к р е­ ц ио н ным и (в исходном органи ческом матриксе откладываются м и нераль­ ные соли, преимущественно кальцит). 3. Раковина несет одно или несколько отверстий -у ст ь ев, через ко­ торые осуществляется связь организма с внешней средой. 4. У более архаичных фораминифер полость раковины сплошная и не разделена перегородками. Такие раковины называются одно к амер н ы ми. Более специализированные виды обладают м н о г о к а м е р н ы м и раковина­ ми - их полость разделе н а перегородками, или с е п т а м и , на отдельные камеры, которые сообщаются друг с другом с помощью специальных отверстий, иногданазываемых внутренними устьями. 5. Фораминиферы обладают особыми псевдоподиями - гр а н ул орет и­ к ул о п од и я м и. Это очень тонкие, ветвящиеся и анастомозирующие выро­ сты цитоплазмы, вдоль которых постоянно перемещаются мелкие гранулы. Гранулоретикулоподии образуют вокруг фораминиферы динамично изменяющу­ юся ловчую сеть. С помощью гранулоретикулоподий фораминиферы перемеща­ ются по субстрату. 6. На протяжении значительной части своего сложного жизненного цикла форамин и феры многоядерны. У некоторых видов обнаружен ядер н ы й г е­ т е р о м о р ф и з м - дифференциация ядер на вегетативные и генеративные. 7. Жизненный цикл фораминифер представляет собой г е т е р о ф а з н о е чередование поколений, тоестьдостаточноправильнуюсменугап­ лоидного (гам он т) и диплоидного (ага м он т) поколений (подробнее см. ниже). Фораминиферы в своем подавляющем боль шинстве - морские, преиму­ ществе нно бентосные организмы, отдельные виды ведут планктонный образ жизни. Еще реже фораминиферы переходят к паразитизму. В настоящее время в составе типа Foraminifera выделяют шесть классов: Astrorhizata, Spirillinata, Nodosariata, Mi liolata, Rota liata и GloЬigerinata, из кото­ рых ниже будут рассмотрены представители лишь четырех.
24 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ПРЕПАРАТ- раковина Rhabdammina sp . (рис. 4) Методические указания. Раковины Rhabdammina sp., заключенные в сухие камеры или помещенные в часовое стекло, рассматривают под бинокуляром в падающем свете. Rhabdamтina sp. обладает од н о к а .it ер 11 о й раковиной. Послед­ няя имеет форму трубки, на концах которой располагаются простые округлые устья. Она аггл10тинирова11ная, тоесть образована плотно скле­ енными мелкими песчинками. ПРЕПАРАТ- раковина Astrorhiza sp. (рис. 5) Методические указания. Раковины Asumblza sp., заключенные в сухие камеры или помещенные в часовое стекло, рассматривают под бинокуляром в падающем свете. Раковины представителей род~ Astror·l1iza в большинстве своем характе­ ризуются отчетливо выраженной звездчатой формой - от ц е н тра л ь н о й, часто неправильно окрутлой части в разные стороны расходятся отрос т к и , длина которых варьирует у разных видов. На свободном конце каждого такого отросткарасположеноустье. Раковины- однокамер11ые, аггл10ти11 u- p о в а н н ы е. Их стенки образованы гетерогенным материалом. Основу стенки составляют мелкие песчинки, между которыми могут быть вкраплены более крупные частицы , отличающиеся по цвету и форме. Рис. 4. Однокамерная агглютинированная раковина Rhabdammina sp. центральная часть устье Рис. 5. Однокамерная агглютинированная раковина Astrorl1iza sp. ПРЕПАРАТ- раковина Nodosaria sp. ( р и с . 6) Методические указания. Крупные раковины нодозарий удобнее всего изучать в су­ хих камерах или в часовом стекле, используя для этого бинокуляр с падающим светом.
Фораминиферы - Foraminifera Раковины представителей рода Nodosaria- Atногока,itерные, секречион11ые. Вихстенкахот­ кладывается углекислая известь. Ра­ ковина характеризуется линейным расположением к а .11 ер. На одном ее конце находится самая маленькая ка ­ мера, которая первой формируется в процессе развития фораминиферы и называется:эмбриональ11ой,или зароды шевой. Камеры , образующие­ ся позднее , постепенно увеличивают­ ся в размерах , так что самая после­ д няя камера чаще всего оказывается и самой крупной. На ней же распо­ лагается наружное у с т ь е. Из-за не­ прозрачности стенок раковины рас­ смотреть в н утренние устья в боль- шинстве случаев не удается. камеры 25 / устье «ребра жесткости)) и~rг---- эмбриона1ьная камера Рис . 6. Многокамерная секреционная раковинаNоdоsш·iа sp. Линейные многокамерные раковины многих видов фораминифер для увеличения запаса механической прочности часто приобретают своего рода «ребра жест к о ст и». Последние действительно имеют вид настоящих ребер, тянущихся вдоль всей раковины и переходящих с одной камеры на другую. ПРЕПАРАТ - раковина Peneroplis sp. (рис. 7) Методические указа11ия. Постоянные препараты с заключенными в них прозрач­ ными раковинами пенеропл и сов изучают, используя малое увеличение микроскопа. каиеры ребрышки зародышевая ка11ера Секреционные многока­ м ер н ы е раковины пенероплисов харак­ теризуются спиральным расположением камер. Зародышевая каAtера занимает центральное положени е в ракови­ не. Последующие камеры нарастают по- спирали, причем их длина очень сильно уступает ширине . Камеры оказываются вы­ тянутыми поперек относительно направле­ ния витка спирали. Это придает раковинам разных видов рода Peneroplis характерную форму рога изобилия или веера. На фоне прозрачных желтоватых стенок раковины хорошо заметны многочисленные короткие Рис . 7. Многокамерная секреционная ре б р ы ~и к и, пересекающие камеры раковина Peneroplis sp. в продольном направлении.
/ 26 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ПРЕПАРАТ - раковина Spiroloculina sp. (рис. 8) Методические указания. Мелкие и прозрачные раковины изучают на постоянных препаратах , используя малое (8 ") и большое (40") увеличения микроскопа . Крупные непро­ зрачные раковины следует помещать в часовое стекло и рассматривать под бинокуляром в падающем свете. устье кшwеры Рис. 8. Многокамерная секреционная раковина Spiroloculina sp . Секреционнаяраковина спиро­ локулины демонстрирует один из возможных вариантов модификации спиральных раковин. Все к а лt ер ы располагаются в одной пло­ скости, сильно вытянуты в длину, имеют труб­ чатую форму и дуговидно изогнуты . При этом один виток спирали образован всего двумя ка­ мерами. В процессе формирования раковины камеры нарастают поочередно с одной и с дру­ гой стороны. Положение устья по отношению к полюсам раковины соответственно каждый раз меняется на противоположное. В результате камеры располагаются супротивно справа и слева от зародышевой, занимающей срединное поло­ жение. Устье расположено на свободном конце последней камеры. В целом раковина имеет вид овально вытянутой пластинки с заостренными концами . ПРЕПАРАТ- раковина Rotalia sp. (рис. 9) Методические указания. Постоянные препараты из раков11н разных видо в рода Rotalia изучают с использованием малого (8•) и большого (40•) увеличений микроскопа . Раковины роталий . 11 н ог о ­ ка.мер11ые и секрецион11ые (известковые) . Камеры располагаются строго по спирали. При этом форми­ руется так называемая турбоспираль - начиная от эмбриональной камеры, все последующие витки располагаются не в одной плоскости, а один под другим. Раковины такого типа часто называ­ ются трохоидными. Маленькая э м 6- Риона.1ьная ка.11ера QКазыва­ ется расположенной на вершине , в центре раковины . По ходу одного витка располагаются не две , как у SpinJ/ocиlina, а значительно большее количество камер . ка.меры кам ера «поры» Рис. 9. Многокамерная секреционная раковина Rotalia sp .
Фораминиферы - Foraminifera 27 Устье раковины роталии небольшое, щелевидное , располагается сбоку и обычно плохо заметно. Стенка раковины несет большое количество очень мелких, округлых «n о р». Долгое время считалось, что это сквозные отверстия, обеспечивающие связь наружной и внутрираковинной цитоплазм ы. Изуче ние тонкого строения таких «перфор ированных » раковин показал о , что эти <<Поры» представляют собой лишь точечные углубления в стенке раковины - их дно затя нуто органическим матриксом. Описанные выше представ1пели форамин ифер - R/1abdammi11a sp., Astюrhiza sp. (класс Astrorhizata; отряд Astrorhizida; семейство Astrorhizidae~ Nodosaria sp. (класс Nodosariata; отр~щ Nodosariida; семейство Nodosariidae~ Pe11e1·oplis sp. (класс Miliolata; отряд Soritida; семейство Peneroplidae) Spimloc11/ina sp. (класс Miliolata ; отрщ Miliolida; семейство Spiroloculinidae), Rotalia sp. (класс Rotaliata; отряд Rotaliida; семейство Rotaliidae) относятся к раз ным таксонам. Традиционно при построении систем ы этой группы амебоидных орга ­ низмов в первую очередь используются признаки, характеризующие особенности строе ния их раковин. Хорошая сохранность раковин в палеонтологической летописи и анализ богатой современной фауны позволяют реконструировать основные этапы их эволюции . Эволюционные изменен ия раковины фораминифер связаны с н есколькими признаками. Прежде всего, они затрон ули материал, из которого создается раковина. В этом напр авлени и легко вьщеляются три основных этапа. Обособление фораминифер как самостоятельной эво­ люционной ветви было связано с приобретением предковыми формами, наряду с другими признаками, способности создавать вокруг своего тела чисто органические раковины, состоящие из бел1'."ОВ и полисахаридов. Таюtе ра1'."0Вины иногда называют tектиновыми. Считается, что они присущи самым архаичным и древним представителям рас!$i"атриваеМ'Ого таксона. В составе рецентной фауны доля таких форм не очень велика. Эволюцио нно более продвинутые формы приобрели и более прочную раковину, надежно защищавшую ..Ш:1!!1Lальный __участок и,х клеточ­ ного тела, содержащий ядра~ элементы белоксинтезирующего ап парата и т. д. Увеличение механи'ЧескОА iфочности достигалось за счет тоrо, что органичеёкая (тектиновая). основа ис­ пользуется в качестве своеобразного uемещ:~, склеивающего р~е минеральные частицы неб1югенного (напри.мер, песчинк':!) или биогенного (минеральные скелетные спикулы други х организмов и т. п.) происхоЖДё'Ш!Я. Такие раковины получили название аrrnютини~ых. Со-­ временем оеганическ~т-Uемент заменяется минеральным минеральш.1 е соли- секретируются самой форiWинифероЙ 11 откладываются в толЩе стенки агглютинированной раковЩ{ЪI. Однако наиболее широкое распространение получают так называемьrе секрецно~ные ракgрины, стенка которых целиком~из минеральных продуктов, выделяе~tых сам им организмом. Чаще всего это извест~.9J, которая обычно представлена каль цитом или арагонитом. Процесс замены одного «строительного материала» на другой со провождает всю эво ­ люцию фораминифер. Основу палеозойской фауны составляют агглютинированные формы. Но уже с конца палеозоя начала мезозоя сначала постепен н о, а потом все быстрее и быстрее нарастает число видов с секрецио нны ми известковым и ра кови н ами. И у агглютинированных, и у секреционных раковин все равно остается тонкая тектиновая выстилка внутренней поверхности стенки раковины. Особо следует подчеркнуть, что процесс этот совершался н езависимо практически во всех крупных филогенетических ветвях фораминифер. Второе очень важное направление преобразован ий раковины фораминифер - измене­ ние конструкции. На первом этапе изменяется кол ич ество камер....На смену_более дре в ним о~ формам, раковина которых имеет одну общую полость, не разделенную пе­ р~городками на отдельные участки, приходят так называеl:!_ые мноrок~ые. Это было связано с приобретением фораминиферами способности к периодическому ро сту - периоды роста сменяются периодами относительного ростового покоя, когда уве~то ­ плазмы у еазвиваюшейся_!Р.ораминиферы не про.и.сходит. В период роста вновь образовавutаяся nитоплазма выступает ю устья последней камеры, и вокруг нее формируется новая камера, снабженная и новым устьем. Через некоторое время этот процесс повторяется. В пределах наиболее архаичного класса Astrorhizata встречаются почти и сключител ьно формы с одно -
28 Малый практикум по зоологии беспозвоночных камерными раковинами . Среди Nodosariata многокамерные формы уже явно доминируют над однокамерными , а у Miliolata виды с однокамерными раковинами вообще встречаются очень редко. И, наконец, весь класс Rotaliata представлен исключительно многокамерными видами. Многокамерные раковины различаются по характеру расположения камер относительно друг друга. По-видимому, для более архаичных форм (в первую очередь, многие Nodosariata) характерно линейное расположение камер в раковине - камеры образуют один ряд, на одном конце которого лежит самая «стараю> зародышевая камера, или пролокулюм, а на противо­ положном - самая «молодая», то есть образовавшаяся последней . Как правило, она и самая крупная. Более многочисленны и разнообразны среди фораминифер виды, в раковинах которых камеры располагаются по спирали. Вероятно, клубковидный способ навивания камер в спираль (это главным образом характерно для представителей класса Miliolata) более архаичен, чем формирование планоспиралей (все витки спирали располагаются в одной плоскости) или трохоидных спиралей (в итки располагаются один над другим). Самые различные варианты секреционных, многокамерных, трохоидных спиральных раковин встречаются у представите­ лей класса Rotaliata. У наиболее специализированных многокамерных фораминифер появляются специаль­ ные системы «протоков» , обеспечивающих связь между отдельными камерами и камер с внешней средой. Обычно они наз ываются интегрирующими системами. Наиболее сложного развития достигает система каналов у Rotal iata. Каналы эти зале гают в стенках раковины между камерами, сложно ветвятся и заполнены эктоплазмой, которая у представителей Rotaliata очень четко отличается от эндоплазмы, заполняющей камеры. Столь заметная дифференци­ ровка цитоплазматического тела у более архаичных фораминифер отсутствует. От наружного слоя цитоплазмы отходят многочисленные псевдоподии. Они относятся к особому морфологическому типу и называются ~yлoneдWiJ\!И. Гранулоретикуло­ подии обильно ветвятся и анастомозируют друг с другом. Благодаря этому вокруг тела фораминиферы формируется трехмерная ажурная цитоплазматическая сеть, по которой по­ стоянно перемещаются многочисленные светопреломляющие гранулы. Сеть эта весьма дина­ мична - она практически постоянно меняет свою конфигурацию и объем. Как и псевдоподии других типов, гранулоретикулоподии в первую очередь используются для добывания пищи и передвижения. Пищg фораминиферам служат как частицы детрита, так и разнообразные живые организм~бактерий до относительно крупных ли~ов. Захваченная добыча обволакивается слоем цитоплазмы, и вокруг нее формируется пищеварителъная вакуоль. Крупные вакуоли остаются в пределах сети, и здесь же происходит переваривание в них пищи. Более мелкие - токами цитоплазмы переносятся в основную часть клетки, которая заключена в раковину. Непереваренные частицы перемещаются вдоль rранулоретикулоподий в обратном направлении - от клетки к концам псевдоподий. Здесь и осуществляется экзоцитоз - выб­ расывание остатков пищи во внешнюю среду. Многие фораминиферы вступают в симбиотические отношения с одноклеточными водорослями, которые поселяются непосредстве нно в цитоплазме. Последняя , благодаря при­ сутствию симбионтов, обычно ярко окрашена. Взрослые, полностью сформированные особи фораминифер многоядерны. У более архаичных форм (классы Astrorhizata, Spirilliпata, Nodosariata) все ядра морфологически со­ вершенно одинаковы. В то же время для представителей более продвинутых таксонов (классы Miliolata, Rotaliata и Globigerinata) характерны проявления ядерного гетероморфизма. В по­ добных случаях в клетке присутствуют ядра двух типов: вегетативные (или соматические) и генеративные (см. также с. 23). Жизненный цикл фораминифер протекает по типу гетерофазноm череповання поко­ лениii_в котором сменяющие друг друга генерации /'различаются по плоидности: одно по­ коление представлено гаплоидными организмами, тогда как второе_- .диплоидными. Это становится возможным блilrОдаря тому, что основные события, связанные с реализаций полового процесса у фораминифер (гаметогенез и копуляция гамет, с одной стороны , и редукционное деление - с другой) сильно разнесены во времени.
Фораминиферы - Foram inifera 29 Обобщенная схема жизненного цикла фораминифер выглядит следующим образом. -!!.оловые особи (гамонты) дают !:!ачало rаплоидны~ам. Гаметы, сформировавшиеся из разных особей, сливаются друг с другом. Так осуществляется процесс ко~, в результате чего формируется дип1011диая (2п) зигота. Соответственно из зиготы развивается диплоидная особь, называемая агамонтом. На­ чинается этот процесс с того, что вокруг WDЦl>J формируёТся маленькая камера, которая у многокамерных форм в дальнейшем становится зародышевой каме.еой (про~юмом). Единственное поначалу ЯдJ?Ч.• агамонта последовательно дel!!f!:O: У «высших» фораминифер одновременно с процессом увеличения числа ядер имеет место их диффер~ка на соматические и генеративные. У вполне зрелых. агамонтов крупное соматическое ядро (или ядра, если их несколько) обычно располагается ближе к устьевой части раковинки. Генера­ тивные ядра тоже демонстрируют тенденцию к смещению в более «молодые» камеры , однако значительная их часть все-таки располагается позади соматического ядра. На заключительных этапах развития агамонта генеративные ядра претерпевают редукционное деление, протека- ющее в форме двухступенчатого мейоза. _ По завс:Q.шении мейоза вновь образовавшиеся гаплоидные (!l) кдра могут продолжать митотически делиться. Все это приводит к значительному увеличению числа гаплоидных ядер в теле агамонта. Одновременцо с описанными выше процессами протекает постепенная дегенерация соматического ядра (или ядер) , которое в конце концов исчезает. В полости раковины происходит фрагментация тела агамонта - вокру~плоидных ядер обосабливаются участки цитоплазмы. Так формируютог-гzm.1оидные (п) одноядерные агаметы, дающие начало гаплоидньш (п) гамонтам. Развитие молодого гамонта сопровождается двумя процессами. Прежде всего, гамонт растет, при этом у многокамерных видов в этот период и формируется многокамерная раковина. Преобразования ядерного аппарата у гамонтов протекают немного иначе , чем у агамонтов. Гамонты долгое время могут оставаться одноядерными. Лишь непосредственно в процессе гаметогенеза ядро многократно делится и дает начало гаплоидным ядрам гамет. Естественно, что в подобных случаях ни о каком ядерном гетероморфизме у гамонтов говорить н е приходится. Пока известное исключение составляет лишь один представитель класса Rotaliata и, возможно , еще несколько видов: у гамонтов CiЬicides /obatu/us достоверно описан ядерный гетероморфизм. Двух.жгутиковые гаметы (правда, у некоторых видов они могут быть полностью лишены жгутиков или , наоборот, нести три жгутика) отделяются от распадающегося гамонта, покидают раковину и копулируют в воде. У более специализированных форм этот процесс усложняется за счет своеобразного феномена пластогамии. У пластогамных видов две рако­ вины плотно прикладываются друг к другу своими нижними поверхностями. В зоне контакта формируется специальное уплотнение, полностью изолирующее небольшой просвет, оста ю­ щийся между раковинками. Стенки раковин, ограничивающие этот просвет, растворяются. Это приводит к формированию небольшой полости , в которую и поступают освобождающиеся и з раковин гаметы. Копуляция гамет протекает в ограниченном объеме этой полости , что з начи тель но повышает вероятность успешного завершения полового процесса. Слияние гаплоидных гамет приводит, как уже говорилось выше, к образованию ди­ плоидной зиготы , дающей начало диплоидному агамонту. Гетерофазное чередование поколений часто встречается у водорослей (макрофитов), папоротников и т. д. В подобных случаях редукционное деление протекает в период обра­ зования спор на диплоидном с порофите (отсюда широко используемое название - спор11ческая редукция} Соответственно из гаплоидных спор развивается гаплоидный же гаметоф ит. Ископаемые формы сохраняются хорошо и найдены в отложениях от кембрия до голоцена. На изучен ии ископаемой фауны фораминифер основан так называемый «форами­ ниферный анализ», используемый при поиске и разработке перспективных нефтяных место­ рождений.
ТЕМА : СОЛНЕЧНИКИ (Heliozoa) Материал. Для использования на занятиях необходимо иметь постоянную культуру «Сол нечников )). Удобнее всего для этой цел и использовать так называемых аю·инофриидных «сол нечников » (см. ниже). Они часто встречаются в пресных водоемах , обогащенных орга­ никой, их смешанные культуры с какими-либо другими видами простейших легко поддер­ живаются в лабораторных условиях, и, главное, эти организмы могут достигать крупных размеров (до 1 мм). Кроме живых объектов очень полезно на занятиях демонстрировать тотальные препараты, окрашенные по Фельгену или каким-либо гематоксилином . На таких препаратах хорошо видны ядра. Чаще других в природе в пресных водоемах встречаются представители двух родов: Actinosphaerium и Actinoph rys . Ниже приводится описание одного из самых широко распро­ страненных видов Actinosphaerium eicbliorni. Название «с о л н е ч н и к и» впервые было использовано Э. Геккелем для обозначения всей совокупности простейших, обладающих «лучистым» , или «солнечным» строением . Соответственно Геккель включил в эту группу и «сол­ нечников» , и «радиолярий» (см. ниже). Однако очень скоро стало ясно , что «солнечники» и «радиолярии» весьма существенно отличаются друг от друга , и их разделили на две самостоятельные группировки, равные по таксономиче­ скому рангу - «Heliozoa» и Radiolaria. В свое время они входили в состав типа Protozoa в ранге двух подклассов, позднее же стали рассматриваться как два самостоятельных типа гетеротрофных протистов. Эту точку зрения и по сей день можно встретить в учебной и научной литературе. «Солнечники » и «радиолярию> долгое время рассматривались как близко­ родственные группы, объединяемые одним общим признаком - наличием осо­ бого типа псевдоподий, называемых а к с о п од и я м и. Последние в отличие от псевдоподий других типов характеризу ются наличием относительно стабиль­ нойпродольнойопорнойструктуры- аксонемы, или осевой нити. Аксонема построена из микротрубочек, связанных друг с другом короткими поперечными связками. Благодаря наличию аксонемы аксоподии приобретают ригид ность: они не способны так быстро менять свои размеры и форму, как это свойственно псевдоподиям других типов. Аксонема аксоподий весьма су­ щественно отличается по своему строению от аксонемы жгутиков (см. ниже). Как уже было сказано ранее, детальный анализ строения и биологии как «сол нечников», так и «радиолярий » показал, что эти две группы не родственны друг другу. Кроме того, выяснилось, что и сами эти группы являются сборными . Более мелкие группировки , входящие в их состав , объединяются лишь внешним сходством, которое было приобретено совершенно независимо и параллельно в процессе адаптации к существованию в сходных условиях. Таким образом, понятие «солнечники » в настоящее время отражает лишь некоторые внешние особенности организации клетки. Оно указывает лишь на то, что конкретный объект обладает определенным м о р ф от и п ом. Рассматрива­ емый конкретный морфотип - « Heliozoa» , или « солнечники », характеризуется наличиемаксоподийособоготипа- гранулоаксоподий. Последниеимеют не гладкую поверхность, а шероховатую. Это объясняется наличием в поверх­ ностном слое цитоплазмы аксопод ий большого количества э к ст рус ом -
Солнечники - Heliozoa 31 с пециальных органоидов, содержимое котор ы х п од действием разных факторов выбрасывается из клетки наружу (см. также - трихоцисты инфузорий; с. 94, 99). Экструсомы у живых «сол нечников» выглядят как мелкие гранулы, расположен­ ные вдоль аксоподий. Кроме того, всех «солнечников» объединяет отсутствие внутреннего минерального скелета в виде иголочек, или спикул. По всем остальным признакам «солнечни ки» совершенно отчетливо распределяются между несколькими весьма удаленными друг от друга группами протистов. Отсутствие общепринятой и сколько-нибудь устоявшейся с и стемы протистов затрудняет определение систематического положения разных групп «солнечников». Рассматриваемый ниже таксон Actinophryida в соответствии с современными представлениями входит в состав большой филогенетической ветви Stramenopila. Под этим названием объединяются очень разные организмы, в том числе и тип Ochrophyta, основу которого составляют разнообразные группы водорослей (зо­ лотистые, желто-зеленые, бурые, диатомовые и т. n.) . Класс Pedinellophyceae, принадлежащий к этому типу, объединяет в своем составе жгути ковы е (отряды Pedinellales и Ciliophryida) и вторично безжгутиковые формы (отряд Actinophryida). Actinophryida характеризуются следующим набором признаков. 1. Шаровидное тело несет радиально направленные гранулоаксоподии. 2. Цитоплазма отчетливо подразделяется на наружную, или перифериче­ скую, зо ну, иногда обозначаемую как корковый слой , и сердцевин ную, содер­ жащую большое количество разнообразных включений и органоидов. 3. Ядро одно (род Actinop/1rys) или несколько (род Actinosp/1aeriиm). В первом случае оно располагается центрально, а во вто ром ядра локализуются по периферии зернистой зоны цитоплазмы. 4. Аксонемы гранулоаксоподий берут начало либо от поверхности центрально расположенного ядра (род Actinophrys), либо в периферической зо не цитоплазмы (род Actinosphaeriиm). В составе аксонем образующие их микротрубочки распо­ лагаются в виде двух продольных лент. На по п еречных срезах через аксонему хорошо видно, что эти ленты почти соприкасаются своими боковыми краями в центре аксоподии. Далее они расходятся к наружному краю среза в виде обвивающих друг друга спиралей. Это - уникальное строение аксонемы, боль­ ше не встречающееся ни у каких других протистов , обладающих аксоподиями. 5. Имеются экструсомы двух типов - с плотным и зернистым содержимым. 6. Митохондрии всегда с трубчатыми или пузыревидными кристами. 7. Жгутиковый аппарат полностью редуцирован. 8. Это хищники, иногда поглощающие крупн ую доб ычу. Заглатывание пищи осуществляется путем фагоцитоза. 9. Ра змножаются агамно путем бинарного деления. Половой процесс автогамный; он протекает в цисте, где сливаются две гаплоидные амебоидные гаметы, сформированные одним организмом. ПРЕПАРАТ - Actinosphaerium eichhorni (рис. 1О) Методические указания. «Солнечниюш изучаются in vivo на временных препаратах с использованием малого увеличения микроскопа. Крупные экземпляры помещаются в капле культуральной жидкости на поверхность покровного стекла. При :~том покровное стекло
32 Малы й практикум по зоологии беспозвоночных грану.10аl\соподии сократите.1ьная вакуо:1ь ядра пищеварuте.1ьные вакуо.ш 1 1tаруж11ая цuтоп.юз..на в11утре1111яя ц1ш10юаз.иа Рис. 1О. А ctinosphaerium eichJюrni, внешний вид долж110 быть обязатель110 снабже110 восковыми 11ожками, предохраняющими «солнечника>> от повреждений. Для зтих же целей можно использовать предметн ые стекла с небольшими лу нками. Лунка целиком заполняется культурой с изу ч аемым и простейшими и накрывается покровным стеклом. Подобные приемы позволяют длительное время наблюдать за живыми простейшими. При зтом иногда удается увидеть и питание «солнечников», и их движение. Постоянные препараты из окрашенных «солнечников» следует выставить на демон­ страционных микроскопах, чтобы студенты моmи хорошо рассм отреть ядерный аппарат. На отдельном демонстрацион ном микроскопе, снабженном фазово-ко нтрастным устройством и иммерсионным объективом .(90х}, можно поставить препарат со слегка придавленным «сол­ нечю1ком» (но не настолько, чтобы у него разрушились псевдоподии). У таких объепов в аксоподиях можно рассмотреть аксонему в в иде сплошного плотного тя жа. От п очти п равил ь но сфе рического тела солнечн ика радиально, во все стороны отходят многочисленные прямые гр а нул оаксо п од и и. Они имеют
Солнечники - Heliozoa 33 узкоконическую форму: основание едва расширено, а дистальный конец отчет­ ливо заострен. Вдоль них располагаются многочисленные гранулы. Последние представляют собой э кструсомы. Цитоплазма отчетливо подразделяется на две зоны. Непосредственно под плазмалеммой располагается хорошо заметный , относительно толстый слой светлой наружной ц и топ да з ,11 ы. Почти весь его объем занят крупными вакуолями , заполненными прозрачным содержимым. У самых крупных экзем­ пляров вакуоли лежат неупорядоченно в несколько слоев. Хорошо видны узкие прослойки светлой цитоплазмы между вакуолями. Внутрен11яя зонацитоплазл1ы, занимающаявсюцентральную часть клетки, характеризуется альтернативными признаками. Находящиеся в ней вакуоли значительно меньших размеров и расположены более рыхло. Разделя­ ющая их цитоплазма содержит большое количество разнообразных включений и оттого кажется грубозернистой. И в периферической, и в центральной зонах цитоплазмы можно рассмот­ реть пищеварительные вакуоли. Большиепищеварительныевакуо­ ли, образовавшиеся вокруг крупной добычи, чаще всего остаются в зоне по­ верхностной цитоплазмы. При этом их диаметр часто превышает толщину самого слоя, так что часть вакуоли выдается над поверхностью «солнечника>> в виде прозрачного тонкостенного купола, через который просвечивает погло­ щенная пища. Небольшие пищеварительные вакуоли транспортируются в цен­ тральную зону цитоплазм ы. От вакуолей самой цитоплазмы они отличаются несколько более крупными размерами и наличием грубозернистого содержимого. Осморегуляторный аппарат представлен с о кр а т и т ел ь н ы м и в а­ к у о ля .м и. Локализация их достаточно постоянна - располагаются они только в наружном слое цитоплазмы, а вот количество заметно варьирует - от 2 до 12- 14. Начало формирования вакуоли у живых «солнечникою> наблюдать до­ вольно трудно. Они плохо различаются на фоне крупных вакуолей наружного слоя цитоплазмы. Непосредственно же перед систолой они достигают макси­ мальных размеров , перестают умещаться в толще наружного слоя и выдаются над поверхностью клетки между основаниями гранулоаксоподий. В отличие от пищеварительных вакуолей они выглядят оптически прозрачными , что позволяет легко различать эти два типа клеточных структур. При систоле, после выбра­ сывания жидкости, содержавшейся в вакуоли, последняя сокращается, и поверх­ ность тела в этом месте снова становится гладкой. Рассмотреть детали строения ядерного аппарата у живых «солнечников» очень трудно. На тотальных, специально окрашенных препаратах ядра хорошо различимы. У крупных особей их бывает довольно много (от нескольких десятков до полутора-двух сотен). Располагаются ядра всегда по периферии центральной зернистой зоны цитоплазмы. Ядра неправильно округлой формы , интенсивно окрашиваются ядерными красителями и содержат кариосому. Actinosphaerium eichlюrni (тип Och rophyta; класс Pedinellophycea; отр11д Ac t i noph ryida) обитает в небольших слабо проточных пресных водоемах, богатых органическими отложениями . Долгое время сч италось, что присущий «солнечникам» морфотип (сферическое тело с радиально расходящию1ся многочисленными гранулоаксоподиями) сформировался в процес­ се эволюции этой группы как адаптация к планктонному образу жизни. По-видимому, это 2-J75
34 Малый практикум по зоологии беспозвоночных вполне справедливо в отношении «радиолярий», но лишь в малой степени приложимо к «солнечникам». Непосредственные наблюдения за поведением «солнечников» показали, что они ведут преимушественно донный образ жизни, передвигаясь по поверхности или в самом поверхностном слое рыхлых донных отложений, в которых доминируют органические час­ тицы. С помощью гранулоаксоподий, обильно снабженных экструсомами , «солнечники» вылавливают свою добычу. Будучи хищниками-полифагами, они питаются самыми разными организмами: жгутиконосцами, инфузориями , а крупные А. eichh orni погло щают мелких турбеллярий, нематод, коловраток и т. п. Как только жертва касается поверхности грануло­ аксоподий, она практически мгновенно парализуется. Для этого и используются токсичные продукты , выбрасываемые экструсомами. Добыча, поддерживаемая и прикрываемая сверху слегка изгибающимися гранулоаксоподиями, медленно перемещается к поверхности «солнеч­ ника>>. Это движение осуществляется благодаря тому, что гранулоаксоподии, на которых заякорена добыча, медленно укорачиваются. Навстречу жертве формируется широкая псев­ доподия, которая постепенно превращается в тонкую кольцевую складку цитоплазмы , обво­ лакивающую добычу со всех сторон. Иногда размеры жертвы, заключенной в такую пище­ варительную вакуоль, вполне сопоставимы с размерами самого хищника. Таким образом, радиально направленные гранулоаксоподии представляют собой весьма совершенный ловчий аппарат, приобретенный этими пассивными хищниками для облавливания придонного слоя воды и самого верхнего слоя органических отложений. Этот же аппарат позволяет «солнечникам>> некоторое время держаться в толще воды, то есть на время ста­ новиться обитателями планктона. Для малоподвижных организмов это весьма важно, так как облегчает им возможность расселения. Выше уже говорилось, что актинофриидные «солнечники» размножаются ага м н о, путем б и н ар н о го деления. На теле простейшего появляется перетяжка, которая посте­ пенно преобразуется в узкий мостик, соединяющий две сферические клетки. У одноядерных видов этому предшествует митотическое деление ядра, а у многоядер ных ядра просто рас­ пределяются между двумя дочерними клетками. Отличает актинофриид от других организмов, обладающих таким же морфотипом, и наличие полового процесса, которыйпротекаетвформе автогамии. Правда, достоверно он пока описан л ишь у одного вида Actinophrys sol . Под оболочкой цисты формируются две лишенные жгутиков амебоидные клетки. Они гаплои дны и по прошествии некоторого времени , сливаясь, дают диплоидн ую зиготу. Очень своеобразную биологическую особенность актинофриидных «солнечников» со­ ставляет их способность к так называемым ага м н ы м с л и я н и я м. При этом происходит временное объединение двух и более клеток, однако объединяется только цитоплазма. Ядра в подобных случаях никогда не сливаются. Через некоторое время «солнечники» снова рас­ ходятся , возвращаясь к исходному состоянию. В таких временных слияниях может участвовать разное количество клеток - от двух до многих десятков. Степень интеграции объединяющихся клеток различна. В одних случаях клетки сливаются полностью, так что формируется один очень крупный «солнечнию>, в других же все ограничивается только ло кальными точечными слияниями в местах касания гранулоаксоподий.
ТЕМА : ЛУЧЕВИКИ (Radiola ria) Материал. Для знакомства с «радиоляриями» мы рекомендуем использовать пред­ ставителей трех таксонов: Acantharia , Polycystinea и Phaeodaria. Акантарий и феодарий изучают на постоянных препаратах, приготовленных из сборов морского планктона и окрашенных кармином. При изготовлении препаратов пробы планктона, в котором обильно представлены разные акантарии , лучше не подвергать детальной разборке, ибо при этом сами «радиолярию> сильно травмируются. Вполне достаточно плотные комочки уже обработанного и окрашенного планктона непосредственно перед заключением в бальзам аккуратно разрыхлить препароваль­ ными иглами и равномерно распределить по площади препарата. В отличие от акантарий крупные клетки феодарий легко выделяются из массы планктона. Из них можно изготавливать индивидуальные препараты. Знакомство с представителями Polycystinea обычно ограничивается изучением много­ образия форм их скелетов. Для этого используют постоянные неокрашенные препараты, приготовленные из радиоляритов - радиолярных илов. «Лучевики», или «Radiolaria», подобно «солнечникам» - сборная группа, которая не может претендовать на статус самостоятельного таксона. Очень разные по своему происхождению и положению в системе протистов формы, которые традиционно , еще со времен Э. Геккеля включаются в состав «радиолярий», обладают сходным морфотипом. Последний приобретался ими совершенно независимо в процессе освоения толщи воды как постоянной среды обитания. Для всех «радиолярий» характерно: 1) наличие внутреннего минерального скелета, основу которого составляют с п и к ул ы, или иголочки; 2) псевдопо­ дии представлены э у а к с оп од и ям и (настоящими аксоподиями), которые обладают аксонемой, построенной из микротрубочек, но при этом полностью лишены экструсом; 3) у многих «радиолярий» имеется специальная структура - центральная капсула, внутрикоторойрасполагаетсяядроинебольшой участок прилегающей к нему цитоплазмы. «Радиолярию> - исключительно планктонные морские протисты, обитаю­ щие преимущественно в теплых морях с океанической соленостью (около 35 %0). «Радиолярии» в основном встречаются на незначительных глубинах (до 100 м), но имеются и типично глубоководные формы. В Черном море и в северных морях, в которых уровень солености зна­ чительно ниже, обитает лишь небольшое число (2-3) видов. Фауна «радиолярий» дальневосточных морей, омывающих нашу страну, несколько богаче. Реальное систематическое положение отдельных таксонов «радиолярий» пока с точностью определить не удается. Особых сомнений не вызывает лишь отсутствие тесного родства между ними. Наиболее удалены от остальных «ра­ диолярий» акантарии, которым уже давно приписывали ранг самостоятельного типа. Возможно, что и полицистинеи, и феодарии тоже со временем приобретут такой же ранг. Пока же в научной литературе утвердилась другая традиция. Термин «Radiolaria» практически полностью утратил таксономическое значение. Он широко используется лишь для обозначения определенного морфотипа, то есть как морфологическая характеристика. Что же касается конкретных группиро­ вок - Acantharia, Polycystinea и Phaeodaria, то обычно их рассматривают как полностью обособленные и не связанные друг с другом самостоятельные классы, 2•
36 Малый практикум по зоологии беспозвоночны х систематическое положение которых требует уточнения. В последнее время с «радиоляриями» стали сближать очень своеобразную группу планктонных про­ тистов Taxopodida, ранее относившуюся к «солнечникам». Кл асс Aca ntha ria (акантари и) Хорошо обособленная группа «радиолярий» , характеризующаяся набором уникальных признаков. 1. Acantharia имеют правильно сферическое тело, от которого строго радиально отходят многочисленные тонкие и прямые эуаксоподии. 2. Внутренний скелет представлен 20 радиальными (или 1О диаметраль­ ными) иглами, расположенными строго определенным образом. Они все схо­ дятся в центре, где плотно соединяются друг с другом. Из центра они расходятся радиально, образуя при этом 5 венчиков по 4 спикулы в каждом. Один в е н ч и к называется экваториальным- образующиеего4спикулылежатвод­ ной плоскости перпендикулярно друг другу в виде правильного креста. Два тропических венчика располагаются подуглом 30° по отношению к плоскости экваториального венчика сверху и снизу от последнего. Спикулы дв~ пол яр н ы х венчик о в также располагаются по обе стороны от экваториального , но уже под углом 45° к последнему. Спикулы в каж­ дом последующем венчике лежат не строго над спикулами предыдущего, а смещены по отношению к ним на 45°. Самые полярные участки клетки лишены спикул. Такое расположение строго воспроизводится у подавляющего большинства акантарий. В литературе этот феномен получил название «закона Мюллера». 3. У всех акантарий спикулы скелета построены из сульфата стронция (SrS04), или целестин а. 4. Центральная капсула у акантарий отсутствует. Их цитоплазма отчетливо подразделяетсянасильновакуолизированную периферическую цито­ плазму (калимму) игранулированную- центральную. Ониразде­ лены тонким слоем уплотненной цитоплазмы . Последний не является настоящей центральной капсулой. 5. Аксонемы эуаксоподий берут начало в середине клетки от общего центра- аксопласта. 6. В наружной цитоплазме очень поверхностно залегает сложно диффе­ ренцированный кортикальный цитоскелет- кортекс. Кортекс связан со скелетными иглами с помощью особых сократимых фибрилл - м и о­ фрисков. 7. Самые молодые стадии развития акантарий одноядерны. С возрастом они становятся многоядерными . Ядра располагаются по периферии центральной зоны цитоплазмы. 8. Акантарии образуют симбиотические системы с одноклеточными во­ дорослями, которые поселяются в центральной зоне цитоплазмы хозяина. Жизненный цикл акантарий детально не изучен. Считается , что они образуют гаметы (зооспоры?) и могут инцистироваться. Ископаемые остатки акантарий практически полностью отсутствуют.
Лучевики - Radiolaria 37 ПРЕПАРАТ - Acanthometra sp. (рис. 11) Методические указания. Знакомство с организацией акантарий лучше всего осу­ ществnятъ на постоянных, окрашенных кармином препаратах, которые заранее выстаВJlяются на демонстрацию. Это позволяет отобрать наиболее сохранившиеся клетки, у которых хорошо в идны не только спикулы скелета, но и дифференцировка цитоплазмати ч ескоrо тела, и м и офриски. Крупные экземпляры можно изу•1ать, используя объектив 40х. Н о, как правило, у таких объектов плохо сохраняются скелетные иглы. Более мелкие «радиолярию> сохраняются лучше, но для работы с ними желательно использовать иммерсионный объектив 90" . Знакомство с особенностями организаци и акантарий можно осуществлять и на примере представителей других родов - Ampbllonc/1e, Lithople1·a и др. (см. ниже). ядра Рис. 11. Acanthomet1·a sp., внешний ви д центральная цитоп.1аз,иа миофриски
38 Малы й практикум п о з оологии беспозвоночных Виды рода Acanthometra характеризуются более или менее равномерным развитием всех игл, образующих скелет. И гл ы nрямые, с гладкой nоверхно ­ стью, лишены боковых выростов (трабекул). У хорошо сохранившихся экзем­ nляров цитоnлазма в участках, неnосредственно окружаюших иглы , приподни­ мается над общим уровнем поверхности клетки в виде небольших конусов. Благодаря этому вся клетка nриобретает характерную шаровидно-з вездчатую форму. На постоянных препаратах подобного типа бывает довольно трудно определить принадлежность конкретных спикул к тому или иному венчику. Цитоплазматическое тело акантометр отчетливо разделяется на две зо ны. Наружный слой nредставлен очень слабо окрашивающейся цитоплазмой, прак­ тически лишенной каких-либо включений. Значительную часть объема этого слоя занимают многочисленные крупные вакуоли . Весь этот слой имеет студе­ нисто-слизистую консистенцию и называется к ал им м о й. В вершинах конусов, образуемых поверхностной цитоплазмой вокруг спикул, располагаются так называемые .11 и о фр и с к и - способные к сокра­ щению фибриллы цитоскелета. Одним концом каждый миофриск крепится к поверхности иглы , а другим - к упоминавшимся выше сложно дифференциро­ ванным элементам цитоскелетного кортекса (на постоянных препаратах после­ дний рассмотреть не удается). С каждой иглой связаны 5- 7 миофрисков. Обычно миофриски имеют вид почти прямых палочковидных телец с едва заметной поперечной исчерченностью. Однако у отдельных клеток они оказываются ото ­ рванными от кортекса, что, по-видимому, происходит при неудачной фиксации материала. В подо бных случаях миофриски часто червеобразно изгибаются и торчат в разные стороны от иглы. Псевдоподии у фиксированных «радиолярий», как правило, рассмотреть не удается. Центра,1ьная цито11лаз.ма болееплотнаяиокрашиваетсязна­ чительно интенсивнее, чем калимма. У крупных старых особей она выглядит грубозернистой. В ней располагаются мно гочисленные ядра, которые преиму­ щественно тяготеют к периферии центральной зоны. В последней поселяются и многочисленные симбионты. Все сказанное в значительной мере относится и к другим представ ителям рассматриваемого таксона - роды Amphi/onche, Lithoptera и др. Главное броса­ ющееся в глаза отличие заключается в том, что не все иглы внутреннего скелета у этих акантарий развиты одинаково. Так , у видов рода Amphilonche наиболее мощно развиты только две супротивные иглы экваториального венчика, общая длина которых во много раз превышает длину всех остальных спикул скелета. В результате этого клетка приобретает правильную веретеновидную форму. У представителей pom Lithoptera все четыре иглы э кваториального вен ­ чика развиты одинаково сильно. Более того, они образуют боковые выросты - трабекулы, которые отходят от игл в обе стороны под углом 90 и лежат в той же экваториальной плоскости. Трабекул ы двух соседних иголок достигают друг друга и соединяются своими концами под прямым углом. Так как иглы осталь­ ных венчиков развиты слабо и очень коротки, то весь скелет принимает вид квадратной пластинки с крупными прямоугольными ячеями разной величины (переплет оконной рамы). Центральная цитоплазма с яд рами и симбионтами
Лучевики - Radiolaria 39 распределена преим у щественно вдоль главных игл экваториального венчика и часто имеет крестообразную форму. Класс Polycystinea (полицистинеи) Класс Polycyst inea объединяет в своем составе одиночные и колониальные планктонные формы «радиолярий». В состав класса включается три отряда: Nassellaria, Sphaerellaria и Collodaria. Пол ицистинеям присущи следующие ос­ новны е при з наки. 1. Скелет Polycystinea весьма разнообразен по своему строению. У пред­ ставителейотрядаNassellariaон гетерополярен ичащевсегоимеетвид ажурной конической корзинки, состоящей из нескольких «члеников». Скелет представителей отряда Sphaerellaria преимущественно представлен правильными шарами с перфорированными стенками , пронизанными массивными радиальны­ ми иглами , и, наконец, у Collodaria внутренний скелет развит относительно слабо. Его образуют отдельные, часто не сливающиеся друг с другом спикулы, лежащие поверх центральной капсулы. 2. Скелет построен из кремнезема (Si02). Последний у Polycystinea пред­ ставлен нерастворимой в воде формой (опал). Благодаря этому скелеты хорошо сохраняются в осадочных породах. 3. Полицистинеи обладают настоящей центр аль ной к а пс ул ой. Пос­ ледняя представляет собой замкнутое мешковидное образование, стенки которого построены из отдельных пластинок гликопротеиновой природы. Пластинки прони­ заны многочисленными порами , через которые осуществляется связь э к с т р а­ и интракапсулярной зон цитоплазмы. Поры, через которые проходят аксонемы эуаксоподий, снабжены специальными структурами - ф у з ул а м и. 4. Экстракапсулярная цитоплазма, какправило,сильнова­ куолизирована, в ней в большом количестве поселяются автотрофные симби­ онты. 5. Интракапсулярная цитоплазма одиночныхполицистиней содержит одно относительно крупное ядро. Колониальные формы многоядерны. 6. Локализация а к с о пл а с то в (центров организации микротрубочек эуаксоподий) сильно варьирует. В большинстве случаев они лежат вн утри цен­ тральной капсулы: либо рядом с ядром , либо в небольшом углублении ядра, .1ибо непосредственно на его поверхности. Лишь у Collodaria аксопласты рас­ полага ются на поверхности центральной капсулы. Жизненный цикл изучен плохо. Известны рассел ителъные двухжгутиковые стадии (зооспоры). Возможно, имеется половой процесс. Очень богато и разнообразно представлены в палеонтологической летописи. ПРЕПАРАТ- скелеты Polycystinea (р ис. 12, А , Б ) Методические указания. Для знакомства с особенностями строения скелетов по­ .1ицисти ней используют постоянн ые препараты , и зготовлен ны е из радиоляритов - радиоляр­ нъ1х илов. Обычно н а таких препаратах в изобилии встречаются разнообразные скелеты и _ as s e llaria , и Sphaere ll aria. Для того чтобы поз накомить студе нтов с разнообрази ем полици­ сти ней , лучше всего использовать широкопол ьную оптику, например бинокуляр. Наряду с
40 Малы й практикум по зоологии беспозвоночных этим на 2- 3 демонстраuионных микроскопах следует под большим увеличением (объектив 40") выставить конкретные объекты для работы . Следует отбирать формы , наиболее характерные для обоих отрядов. Никаких остатков uитоплазматическоrо тела простейших, в том числе и гликопротеиновой центральной капсулы, на эт их препаратах обнаружить нельзя. Скелеты насселлярий (рис. 12, А) чаще всего имеют вид высокого чле­ нистого конуса с обильно перфорированными ажурными стенками. Отверстия , пронизывающие скелет, правильно округлые. Чаще всего скелеты подразделены не очень глубокими перетяжками на три участка (сегмента) . Занимающий вер­ хушечное положение и самый маленький по объему называется «сер h а 1о n » («голова», или головной отдел) . Следующий за ним более крупный отдел обозначается как «t h о r ах» («грудь», или грудной отдел). Последний , самый большой участок носит название «а Ь d от е m> («брюшко», или брюшной отдел). На головном отделе часто располагается те р.11 ин а .1 ь на я и гл а. У некоторых видов от основного скелета отходят относительно короткие ради­ альные иглы . Нижний край брюшного отдела часто окаймлен венчиком, состо­ ящим из более крупных иголок. Они ограничивают широкое отверстие, ведущее в полость скелета . Приведенное выше описание морфологии скелета относится к более или менее типичным насселляриям. На самом деле многообразие их скелетов очень велико. Последние различаются пропорциями (отношением длины к диаметру): у одних видов они длинные и узкие, у д ругих же короткие и широкие - в этом случае последний сегмент («abdomen») сильно вздут и весь скелет приобретает вид причудливого шлема. Может варьировать количество сегментов. Швы между сегментами могут быть едва намечены, и тогда наружные контуры скелета относительно ровные, а могут быть очень глубокими - в этом случае сегменты кажутся сильно вздутыми . Представители отряда Sphaerellaria имеют правильные сферические скелеты (рис. 12 , Б). Их стенки также кажутся ажурными благодаря наличию большого количества пор. Поры - кругл ые , но это хорошо видно лишь на том полюсе тер,wинальная игла «Cephalon>> «thorax» А Б Рис. 12 . Скелеты пол ицистиней: А - насселлярии; Б - сфереллярии
Лучевики - Rad iolaria 41 шаровидного скелета, который обращен непосредственно к объективу микроско­ па. При изме нении фокусировки, когда мы рассматриваем не полюс, а, условно говоря, боковые повер х ности шара, такие же поры кажутся овальными. Это впечатление возникает в результате того, что они оказываются расположенными не перпен д икулярно оптической оси микроскопа, а под большим или меньшим углом к ней. Чем больше этот угол , тем сильнее видимое искажение формы поры . На препаратах нередко попадаются частично разрушенн ые скелеты. В таких случаях бывает хорошо видно, что у крупных экземпляров скелеты представлены системой вложенных друг в друга шаров: в полости самого наружного шара располагается ш а р меньших размеров , а в последнем может располагаться еще один шар и т. д. Как и наружный шар , внутренние шары тоже перфорированы. Иногда в учебной л итературе их неправильно идентифицируют с центральной капсулой. Для скелетов Sphaerellaria ха рактерно присутствие в той ил и иной степени развитых радиальных спикул. Несколько самых крупных из них про­ низывают все вложенные друг в друга шары и придают всей этой системе определенной запас жесткости. Класс Phaeodaria (феодарии) Относительно крупные планктонные глубоководные организмы, в строе­ ни и которых прослеживаются элементы двусторонней симметрии. 1. Форма тела феодарий варьирует в широких пределах - от правильно сферической до строго билатерально-симметричной. 2.Скелетобразован радиальными и тангентальными иг­ .1ами. В результате слияния игл могут формироваться сферические, мешковидные и даже двустворчатые скелеты в ви де раковин . 3. Иглы построены из кремнезема (Si02) с добавл ением органического ~tатериала; полые внутри. В отличие от полицистиней скелеты феодарий отно­ сительно легко растворяются в воде, поэтому в палеонтологической летописи эти формы практически отсутствуют. 4. Центральная капсула округлая или мешковидная, всегда ..1Вустороннесимметрична . Ее стенка сплошная и построена из хитиноподобного \tатериала. На одном полюсе центральной капсулы располагается специальное отверстие- астропиле, иногданазываемое цитофаринксом.Спро­ тивополож ной стороны симметрично по отношению к астропиле на стенке капсулы располагаются два углубления - п а р а п и л е. 5. Центральная капсула разделяет цитоплазматическое тело феодарий на экстракапсулярную и интракапсулярную зоны цитоплазмы. Экстракапсулярная цитоплазма сильно вакуолизирована, прозрачна и содержит Сt.."Опление окрашенных гран ул - феод и ум. Последний всегда располагается рцом с астропиле. Интракапсулярная цитоплазма окрашивается более интен­ сивно и содержит ядро. 6. Два а к с о п л а ст а, от которых берут начало микротрубочки аксонем эуаксоподий, располагаются внутри паралиле.
42 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Жизненный цикл и биология этих глубоководных простейших изучены очень плохо. Размножаются делением. Ископаемые остатки очень редки . ПРЕПАРАТ - Aulacantha scolymantha (рис. 13) Методические указания. Постоянные препараты с окрашенными простейшими изучают с использованием большого увеличения (объектив 40х) микроскопа. Выставляя пре­ параты на демонстрацию, следует отбирать такие экземпляры, у которых феодиум не очень сильно маскирует центральную капсулу. экстракапсулярная цитоплазма радuалы1ые uгды феодиум та11ге11та1ьные uг.1 ы централы1ая капсула u11тракапсулярная цитоплаз.ма Рис. 13. Aulacantha scolymantha, внешний вид Феодарии Аи/асапthа scolyтantha относятся к числу относительно круп­ ных «радиолярий». Их почти правильно округлое тело может достигать 3,0-3,5 мм в диаметре. Скелет образован иглами двух типов. Более толстые р а д и ал ь­ н ы е и гл ы р ас п олагаются не столь упорядоченно, как это имеет место у акан­ тарий или сфереллярий. Они довольно часто заметно отклоняются от строго радиального напра влен ия . В центральной части клетки они сходятся вместе, но об ычно это место плотно прикрыто феодиу.мо.м. Пр и использо вании большого увеличения микроскопа хорошо видно, что иглы внутри полые - они выглядят как тон~осте нные трубки . Иногда при изготовлении препаратов внутрь иглы попадает воздух, и тогда в проходящем свете такая игла кажется черной. По периферии клетки в самом поверхностном слое э к стр а к а п с у­ лярной цитоплаз.мы р~rсполагаются более многочисленные танге11- т аль н ы е и глы. Они очень тон кие и часто кажутся слабо изогнутыми или извитыми. В совокупности они образуют своего рода войлочный каркас, под­ держивающий поверхность клетки. При рассматривании оптического среза, то есть фокусировании изображения в поле зрения микроскопа не на поверхности,
Лучевики - Radiolaria 43 а на уровне средней части клетки, хорошо видно, что тангентальные иглы в глубине цитоплазм ы не встречаются. На фоне стекловидно прозрачной экстракапсулярной цитоплазмы хорошо выделяется эксцентрично расположенная ч е .н т рад ь н а я к а п с ул а. На постоянных препаратах она выглядит как округлый тонкостенный мешочек. Большую часть ее объема зан имает интенсивно окрашивающееся я др о. До­ вольно узкий промежуток между ядром и стенкой центральной капсулы заполнен слабо окрашенной зернисто1 интракапсулярной читопдаз.мой. Центральную часть клетки занимает ф е од и у ,н. Он представляет собой скопление большого количества гранул, различаю щихся по своим размерам и форме. Их окраска варьирует от бледно-желтой до бурой или почти черной. Центральная часть феодиума кажется плотной и непрозрачной, тогда как по периферии гранулы лежат более рыхло. Иногда на препарата х попадаются экземпляры, у которых рядом с фео­ диумом располагается не одна, а несколько центральных капсул (2-4). В по­ добных случаях мы имеем дело с клетками, начавшими делиться . Приведенные выше описания нескольких форм «радиолярий» (Acanthometra sp. - класс Aca nthaгia; Аи/аса111/1а sco/yma111/1a - класс Ph aeodaria; скелетные образова ния представите­ :~ей отрядов Nasse ll aria и Sphaerellaria - класс Po lycystioea) хоть и в слабой степени, но отражают морфологическое разнообразие этой группы протистов. Обращающее на себя вни­ мание внешнее сходство разных «радиолярий» (см. выше), из-за чего их долгое время объединяли в один таксон, результат независимо го освоения толщи воды как среды обитания. Переход к достаточно пассивному способу существования в составе планктона обусловил приобретение прсдстав1пелями разных, филоrенетически удаленных друг от друга групп простейших сходных особенностей организации. Внутренний скелет, в котором исходно доми нируют радиальные элемен ты, обеспечивал поддержание шаровидной формы тела, что обычно свойственно малоподвижным планктонным формам. Но очень разный химический состав скелета (целестин, кремнезем) и существенные различия в его конструкuии дают серьезные основания предполагать, что это независимо возникшие структуры. По-видимому, совершенно независ11мо разные (<радиолярии» приобретали и эуаксопо­ .:u1и. В отличие от (<солнечников», у которых гранулоаксоподии формировались как совер ­ шенный ловчий аппарат (см. выше) специал и зированных обитателей бентоса, эуаксоподии <радиолярий» - результат адаптации к пассивному флотированию в толще воды. Отсутствие •кструсом свидетельствует о том, что ловчим аппаратом они, вероятно, никогда не были. Большое же разнообразие в количестве аксопластов и в их положении относительно ядра и центральной капсулы позволяет думать, что и сами эуаксоподии возникали совершен н о 11езависимо. Последнее еще в большей степени относится и к так называемой центральной 113.Лсуле, которая у акантар11й вообще отсутствует, а у Polycystinea и Phaeodaria существенно rаз-111чается и по химическому составу, и по строению. Независимое происхождение разных rрупп <(радиолярий» подтверждается и очень н емногочисленными молекулярно-биологически­ -.сн данными. «Радиолярию> малоподвижные, пассивно флотирующие организмы. Способность их направленному перемещению в толще воды весьма ограничена. Наиболее отчетливо ее де,юнстр ируют акантарии , способные совершать вертикальные миграции в толще воды. Для "'"ОГОонииспользуютуникальный гидростатический аппарат, всоставкоторого аФ:~ят упоминавшиеся выше калимма, экrоплазмвтический кортекс 11 миофриски. П о-видимому, со~..J>Зщение и расслабление миофрисков приводит к изменению положения элементов ~.-ортекса во1;руr каждой иrnы. При этом меняется и форма клетки: она становится либо почти правильно ";~еричес1..-ой, либо отчетливо звездчатой - вокруг каждой иглы скелета формируется высокий относительно узкий конус. Конусы эти разделены хорошо выраженными глубокими впади-
44 Малый практикум по зоологии беспозвоночных нами. Изменение контуров клетки затрагивает только калим\1у и не отражается на центральной зоне цитоплазмы. Калимма же очень сильно меняет свой объем, частично перестраивается и ее cтpyi..-rypa за счет изменения хара~..-тера ва~..-уолизации. Совокупным результатом всех этих перестроек становится изменение плавучести акантарий, что позволяет им то всплывать к поверхности моря, то опускаться на глубину. Считается, что у некоторых «рад иолярий» (Taxopodida) эуаксоподии способны совер­ шать плавные гребные движен ия , благодаря которым они могуr медленно перемещаться в горизонтальном направлении . Механизм питания «радиолярий» изучен явно недостаточно. Предполагают, что эти гетеротрофные организмы для ловли добычи могуr использовать отходящую от их повер­ хности тонкую сеть анастомозирующих друг с другом псевдоподий. В литературе в силу сложившихся традиций их обычно называют «филоподиямю>. На самом деле никакого от­ ношения к настоящим филоподиям, то есть псевдоподиям филозных амеб (тип Rhizopoda, класс Filosea), эти образования не имеют. Когда добы ча захватывается «филоподиямю>, вокруг нее формируется небольшой цитоплазматический островок, содержащий пищеварительную вакуоль. Пищей .i1ЛЯ <<Радиолярий » служат различные мелкие объекты. Так, акантарии пото­ щают бактерий и различ11ых протистов (автотрофных и гетеротрофных жгутиконосцев, ин­ фузорий и т. д.). У Phaeodaria в экстракапсулярной цитоплазме иногда удается обнаружить остатки жертв, наприм ер кремниевые дом ики некоторых представителей отряда Pedinellales (Silico flagellata) . У многих « радиолярий», заселяющих поверхностные слои воды, в которые еще про­ никает свет (фотическая зо на), в цитоплазме в изобилии встречаются многочисленные ав­ тотрофные симбионты, которые, по-видимому, играют важную роль в питании и обмене своих хозяев. У абиссальных видов акантарий, живущих на глубине 700-1 ООО м, симбионты от­ сутствуют. Нет их и у глубоководных Phaeodaria. В своем подавляющем большинстве «радиолярию> - одиночные организмы. Однако среди Polycyst inea встречаются и своеобразные колониальные формы. Последние чаще всего имеют вид колбасовидных тел, достигающ их в дли н у несколько десятков сантиметров и свободно парящих в толще воды. Целые колонии удается видеть только при водолазных наблюдениях - при сборе материала и послед ующей фиксации они разваливаются н а мно­ жество коротких фрагментов, которые обычно и описывают в литературе. Собственно «тело» колонии образовано студенистой массой (матриксом), в которой равномерно распределены тысячи центральных капсул, содержащих ядра. Каждая капсула окружена скелетными элемен­ тами - сложно ветвящимися отдельными спикулами или решетчатыми сферическими панци­ рями (раковинками). Каждую капсулу вместе с примыкающим к ней с келетом окружает тонкий слой слабо гранулированного материала, который рассматривается как экстракапсулярная цитоплазма. Последняя в виде узк их и анастомозирующих тяжей пронизывает весь матрикс и объединяет всех особей, входящих в состав колонии. Кол онии содержат большое количество автотрофных симбиотических жгутико носцев. «Радиолярию> играют важную роль в экосистемах мирового океана. Акантарии, на­ пример, участвуют в круговороте стронция: целестин очень легко растворим в морско й воде, и после гибели акантари11 ее скелет просто растворяется. Именно по этой причине ископаемые остатки акантарий практически не встречаются. Инач е дело обстоит с кремнеземом. Н ассел­ лярии и звлекают его нз морской воды для построения своих скелетных структур , однако их скелеты практически нерастворимы. Из них образуются особые осадочные породы радио­ ляриты (кремнистые глины , кремнистые слан цы , трепел, яшмы, опалы, халцедоны). Хорошая сохранность скелетов насселлярий не только дает ун икальную возможно сть детально просле­ дить эволю цию этой группы, начиная с палеозоя , но использовать палеонтоло гич еские данные для идентификации и определения возраста конкретных геологических слоев (радиоляриевый анализ).
ТЕМА: ЖГУТИКОНОСЦЫ (Mastigophora) Наши представления о жгутиконосцах за последние 20- 25 лет претерпели существенные изменения. Долгое время авто- и гетеротрофные протисты, об­ ладающие одним или несколькими жгутиками, используемыми преимуществен­ но как локомоторные органоиды, объединялись зоологами в состав единого таксона . Последний либо в ранге класса вхо..Jил в тип Protozoa, либо его объединяли вместе с амебоидными организмами в тип Sarcomastigophora (в этом случае жгутико1юсцы выступали в качестве отдельного подтипа), либо этой группировке присваивался ранг самостоятельного типа Mastigophora. Какой бы ранг н11 придавался этому таксону, жгутиконосцы в свою очередь традиционно подразделялись на две группы более низкого систематического уровня - Phytomastigina и Zoomastigina. К первой обычно относили разнооб­ разные автотрофные жгутиковые формы (Dinophyta, или Peridinea, Chrysophyta, Cryptophyta, Euglenophyta, Chlorophyta и т. д . ) . Ко второй облигатно гетеро­ трофные группы - воротничковые жгутиконосцы (Choanomonada), кинетоплас­ rиды (Ki netop lastida, к которым относятся трипаносомовые - см. ниже), опа­ лины (Opalinida), пол11мастигины (Polymastigida), объединяющие многожгутико­ вые формы. И автотрофные, и гетеротрофные жгутиконосцы представлены как свободноживущими, так и облигатно симбиотическими формами. Особенно мно­ гочисленны и разнообразны симбионты (настоящие паразиты, мутуалисты) среди Zoomastigina. Детальное изучение тонкого строения жгутиконосцев (покровных структур клетки, жгутикового аппарата, митохондрий и хлоропластов и т.д.), их физиологии н биохимических особенностей отчетливо показало , что это сборная группа, всех представителей которой фактически объеди няет только один признак - наличие жгутикового ал парата (рис. 14). Последний всегда включает несколько частей: собственно жгутик, ~ш11 у н дул и под и ю, содержащую аксонему (см. ниже); так называемую переход н у ю з о ну, расположенную на уровне поверх­ ности клетки и самой нижней гра1111цы ундулиподии; к 11 нет о с ом у. или базальную гранулу (см . ниже), залегающую под поверхностью клетки, и, на­ конец, корешки. Одни детали строения жгутикового аппарата очень консервативны 11 вос­ производятся практически у всех эукариот, обладающих жгутиками. К их числу относятся аксонема, проходящая внутри ундулиподии, и кинетосома. Другие же варьируют в достаточно широких пределах. причем для каЖдого таксона вы ­ сокого ранга (тип, класс) характерен свой набор признаков. Если строение аксонемы универсально для всех жгутиковых и ресничных Jукарнот, то внешн11й вид ундулиподии может сильно различаться у предста­ вителей разных таксонов. Ее поверхность может быть гладкой и ровной, а может нести многочисленные чешуйки ил и особые палочковидные структуры - мас- rr онемы, наличие которых придает жгутику перистый вид. У некоторых жгу­ -нконосцев параллельно аксонеме тянется особая волокнистая структура - " ар а к с и аль н ы й тяж (см. ниже), присутствие которого, по-видимому, } Ве.1ичивает упругость жгутика.
46 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ме.wбрана переходная кинетосома мuкротрубочковые ундулиподuя допо.1нuтельная кинетосо:wа корешок Рис. 14. Схема ультратонкой организации жгутика (по Карпову, 2001 с изменениями) Собственно основание жгутика составляет так называемую переходную зону, в которой изменяется структура аксонемы и появляются дополнительные фибрил­ лярные образования. По-видимому, особенности организации, присущие переход­ ным зонам разного типа, маркируют собой таксономические группировки очень высокого ранга, соответствующие крупным филогенетическим ветвям эукариот. Отходящие от кинетосомы корешки - более вариабельный элемент жгу­ тикового аппарата. Они могут быть представлены как фибрилля рными , так и микротрубочковыми структурами. Их набор и расположение в клетке могут заметно различаться даже у представителей одного типа, однако при этом самый общий план строения корешков в пределах конкретного таксона остается еди­ ным. Есть и еще один общий признак, присущий большинству, хотя и не всем, жгутиконосцам. Они обладают хорошо развитым кортикальным цитоскелетом, присутствие которого позволяет им поддерживать более или менее постоянную форму тела. В старой литературе все эти субмембранные структуры обознача­ лись общим термином «пелликула». Однако оба упомянутых выше общих признака на самом деле в деталях сильно варьируют у представителей разных групп. В жгутиковом аппарате это в первую очередь относится к упоминавшимся выше переход ным зо нам
Жгутиконосцы - Mastigophora 47 и корешковым структурам. Очень различно и строение пелликулы у предста­ вителей разных таксонов (см. ниже). Все сказанное не позволяет рассматривать жгутиконосцев как единый, филогенетически целостный таксон. Используя термин Mastigophora, необходи­ мо помнить, что речь идет не о конкретном типе или классе, а лишь об одноклеточных эукариотных организмах, объединяемых принадлежностью к одному определенному морфотипу. Сам этот морфотип, в первую очередь, характеризуется наличием жгутикового аппарата и пелликулы. Различные груп­ пы жгутиконосцев очень далеки друг от друга и за нимают разное положение на филогенетическом древе низших Eucaryota. Ниже в качестве модельных объектов мы рассмотрим представителей трех разных таксонов: тип Euglenozoa (классы Euglenoidea и Кinetoplastida), тип Choanomonada и тип Chlorophyta (класс Ch\orophyceae). Тип Euglenozoa (эвгленозои) Эвгленовые объединяют в своем составе свободноживущих и паразити­ ческих жгутиконосцев. Преимущественно одиночные, реже колониальные фор­ мы. Клетка снабжена одним или двумя жгутиками. Внутри жгутика параллельно аксонеме проходит особая цитоскелетная структура - параксиальный тяж. Жгу­ тик или жгутики берут начало на дне глубокого впячивания - ж гут и к о в о го к а р м а н а. В состав пелликулы входят продольно или косо ориентированные микротрубочки. Гетеротрофные формы имеют иногда весьма сложно дифферен ­ цированные клеточный рот и клеточную глотку (цитостом -фарингеальный ком­ плекс). Ядро одно. Размножаются путем бинарного продольного деления или почкования. Половой процесс неизвестен. Тип Euglenozoa включает два класса - Euglenoidea и Kinetoplastida . Класс Euglenoidea (эвгленовые) Материал. Особенности организации эвгленовых обычно изучают на примере сво­ бодноживущих автотрофных и гетеротрофных форм. Для :этой цели используют лабораторные культуры разных видов рода E11gle11a (чаще всего :это классический учебный объект Е. viridis) 11 Peranema sp. Обе формы легко культивируются , и их культуры можно постоянно поддер­ живать в лаборатории. Для знакомства с особенностями строения пелликулы :эвгленовых используют электронограммы. Наиболее информативны электронно-микроскопические фото­ графии покровов эвглен, способных к сокращению тела и метаболирующему типу локомоции (см. ниже). Класс Euglenoidea представлен одиночными и колониальными ауто-, миксо­ н гетеротрофными организмами. Хотя внешняя морфология эвгленовых весьма разнообразна , всем им присущ ряд общих признаков. 1. Размеры эвгленовых варьируют в широких пределах - от 5 до 500 мкм. Форма тела изменяется от широко листовидной до вытянуто игольчатой. Наи­ более обычны виды с веретеновидным или удлиненно овальным телом. Иногда тело заключено в «домию>. 2. Количество жгутиков варьирует от одного до нескольких. Обычно 11\1еется два жгутика, сильно различающихся по длине. Основания жгутиков
48 Малый практикум по зоологии беспозвоночных помещаются на дне глубокого цилиндрического или мешковидного впячивания, называемого жгутиковым резервуаром или жгутиковым карманом. 3. Покровные структуры (пелликула) клетки представлены продольно или косо расположенными белковыми лентами (пластинками), залегающими непо­ средственно под плазмалеммой, и группами микротрубочек, ориентированных параллельно уп омянутым лентам. У видов, способных к эвгленоидному, или метаболирующему, типу движения, ленты остаются свободными и не сливаются друг с другом; у видов с ригидным, несократимым телом ленты сливаются в сплошной панцирь. 4. У автотрофных видов количество хлоропластов варьирует от одного до нескольких сотен. 5 . У гетеротрофных видов имеется ц и тостом, или клеточный рот, который ведет в ц и то ф ар и н к с (клеточную глотку). С последним, как правило, связаны особые цитоскелетные фибриллы (трихиты), совокупность которыхобозначаетсякак палочковый аппарат. Уавтотрофныхформ ротовой аппарат отчетливо демонстрирует тенденцию к рудиментации. 6. У автотрофных форм со стенкой жгутикового кармана и непосредствен­ но с самим жгутиком связан особый фоторецепторный органоид - с т и г м а. 7. Резервные энергетические вещества у автотрофных форм представлены особым полисахаридом - парамилоном, а у гетеротрофных форм к нему добавляется гликоген. 8. Сократительная вакуоль располагается в переднем конце тела, в непо­ средственной близости от жгутикового кармана . В полость этого кармана при систоле изливается содержимое вакуоли. У ряда видов сократительная вакуоль отсутствует. 9. Ядро одно, округлой или овальной формы, обычно располагается в центральной части клетки. 10. Размножаются преимущественно путем простого бинарного деления. Для некоторых видов (в частности, паразитических) характерна па л и н том и я, то есть серия быстро следующих друг за другом делений клетки. Так как период роста вновь образовавшихся клеток при таком типе их разм ножения практически полностью выпадает, результатом всего этого становится появление большого числа очень мелких особей. В жизненных циклах паразитов они играют роль инвазионных для хозяина зооспор. Преимущественно свободноживущие пресноводные, но есть и морские виды. Несколько видов эвгленовых перешли к паразитированию в веслоногих рачках (Copepoda). Класс Euglenoidea включает четыре отряда. Ниже будут рассмотрены представители лишь двух из них: Euglenida и Heteronematida. ПРЕПАРАТ --:- Euglena vi ridis (ри с . 15) Методические указания. На занятиях изучают живых эвглен на временных пре­ паратах. Капельку с культурой этих протистов помещают на предметное стекло. В нее же помещают несколько волокон ваты и осторожно накрывают покровным стеклом. Сначала знакомятся с движением жrутиконосцев и работой их жгутика. Для того чтобы увидеть жгутик, нужно постараться изменить направление светового пучка так, чтобы свет проходил под
Жгутиконосцы - Mastigophora 49 небольшим углом к оптической оси микроскопа. У приборов, имеющих зеркало и внешний источник света, этого можно добиться, меняя положение зеркала. Если микроскоп имеет встроенный источник освещения, то нужно постараться изменить его положение. В косо направленном пучке света рассмотреть строение самой эвглены невозможно, а вот жгутик (точнее отбрасываемая им тень) может быть виден очень хорошо. После завершения этого этапа работы необходимо восстановить нормальное освещение и удалить избыток воды с препарата при помощи фильтровальной бумаги (лучше контролировать этот процесс при малом увеличении микроскопа) до такого состояния, чтобы эвглены замедлили свое движение. После этого микроскоп переводят на большое увеличение (40") и изучают детали строения клетки. Для знакомства с работой жгутика можно использовать демонстрационный микроскоп, снабженный фазово-контрастным устройством. жгутик стиг.ма жгутиковый кар.11ан сократите.1ы1ая вакуо.1ь место расположе11ия ядра Рис . 15. Euglena viгidis, внешний вид Еиg/епа viridis - зеленый жгутиконосец. Исполь зуя для плавания жгути­ ковый аппарат, клетки сохраняют более или менее постоянную веретеновидную форму. Однако они способны сильно сокращаться, становясь при этом почти шаровидными. Вдоль их тела может проходить перистальтическая волна , что связано с реализацией метаболирующего способа движения (см. ниже). При движении жгут и к описывает широкие и н е всегда правильные петли. Передний конец клетки, несущий жгутик, на фоне остального тела эвглены кажется прозрачным и бесцветным. Это обусловлено тем, что именно здесь
50 Малый практикум по зооло г ии беспозвоночных располагается жгут и к о вый к а рм а'!:.: При использовании обычного учеб­ ного микроскопа он выглядит как светлое пятно. Сбоку от него расположено небольшое ~сноватое пятньщ.1ко. Это фоторецепторный органоид - ст и3 - .м а. Жгутиковый карман по всей длине пересекается длинным локомоторным жгутиком. Свободная часть жгутика , расположенная вне клетки (собственно ундулиподия), относительно легко доступна наблюдению, а вот базальный участок, проходящий внутри жгутикового кармана, без использования специальной тех­ ники увидеть практически не удается. Сказанное полностью относится и ко второму, очень короткому жгутику, который вообще не выдается из жгутикового кармана наружу. Характерное для многих других протистов разделение цитоплазмы на экто- и эндоплазму у эвглен выражено не очень отчетливо. Зато хорошо бывает видна структура поверхности клетки. У непридавленных клеток можно рассмот­ реть, что косо направленные очень узкие штрихоподобные линии разделяют болееширокиеслегкавыпуклыеполоски. Эта косая исчерченность п ел л и к у ,1 ы традиционно рассматривается как признак, характерный для эвгленовых (подробнее о строении покровов см. ниже) . Почти весь объем клетки эвглены занимают многочисленные х л о р o- ll ,1 а с т ы. Хлоропласты имеют неправильно округлую форму и окрашены в травянисто-зеленый цвет благодаря присутствию в них хлорофилла. У живых эвглен рассмотреть контуры хлоропластов весьма затруднительно , ибо они прак­ тически полностью перекрывают друг друга. Только в центральной зоне клетки, там, где расположено овальное ядро, легко различим более светлый участок - ,11есто расположения ядра. Хлоропластымаскируютнетолькострук­ туру ядра, но и сами его контуры. Между хлоропластами непосредственно в цитоплазме в большом коли­ честве накапливаются довольно мелкие з ер н а п ар а , 11 ил он а - отложения резервного углевода. Они часто имеют вид палочковидных или овально вытя­ нутых телец, сильно преломляющих свет, и дополнительно маскируют границы и расположение хлоропластов. Если источником изучаемых объектов становится старая культура, то в цитоплазме эвглен помимо парамилона можно легко различить некоторое количество красновато-коричневого или бурого пигмента - гематохрома, кото­ рый тоже рассматривается как запасное вещество. У некоторых видов (например , у Е. rиbra) его может быть так много , что вся клетка приобретает красноватый оттенок. Едиl!ственная сократ11те.1ьная вакуо.1ь располагается в не­ посредственной близости от жгутикового кармана. Она имеет вид округлого прозрачного пузырька. ПРЕПАРАТ - покровные структуры Euglena sp. (электронограмма) (рис. 16, а, б; табл. 1 п риложения) Методические указания. На занятиях можно работать с электронограммами по­ кровных структур любых видов метаболирующих э вrл еновых. Жел ательно использовать стр о го поперечные срезы . С электронно-микроскопическими фотографиями студенты работают так
Жгутиконосцы - Mastigophora 51 же. как и с обычны\111 чнкроскопическим11 препаратами. Необходимо сначала вю1,1ательно рассмотреть фотографию . Затем в а,1ьбо,1е нар11совать ее cxe\fy, стараясь при этом передать ннщ1видуа.1ьныс особенности юучаемоrо объе"-та, и сделать соответствующне обозначения. ориентируясь на рис . 16. а бе.1ковые б Рис. 16. Покровные структуры Euglena sp.: а ')лекrро11огра,1ма. 6 - схе,1а. Оригинальное фото А. О. Фролова Как у-,ке упоминалось выше, для многих :>вгленовых характерно наличие особого поверхностного микрорельефа, который представлен косо расположен­ ными валиками, разделенньши совсем узкими бороздками. На эле!\ГРонно-мик­ роскопнческих фотографиях, сделанных с поперечных срезов, ')ТИ струnуры выявляются совершенно отчетливо. Хорошо видно, что контур перерезанного поперек валика асимметричен и напоминает контур набегающей волны. Снаружи клетка одета пл аз .11 а .1 е .11 ,11 ой, которая снизу подстилается серией бе1ковых 11.1аст и11ок. Каждая такая пластинка в поперечном направле111111 S-образно изогнута. Этот хараl\-терныii профиль остается пра~пи­ чески неизменным на протяжении всей длины пластинки от переднего ;10 заднего конца эвглены.
52 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Передний конец этой буквы «S» (если смотреть слева направо) изогнут относительно слабо и несколько расширен. Сверху, то есть с наружной стороны, он прикрыт задним концом предшествующей буквы «S». Именно благодаря такой упаковке пластинок контур поперечного среза через клетку эвглены и вы­ глядит как серия следующих друг за другом волн. Каждая пластинка остается относительно свободной. Они не сливаются друг с другом. Однако связь между ними существует. Она осуществляется в зонах пере­ крывания пластинок. Нависающий относительно тонкий край одной пластинки соединяется с погруженным и утолщенным краем другой пластинки с помощью относительно коротких фибрилл - с в я з о к. Располагаются такие связки с опре­ деленной периодичностью по всей длине пластинки . В этой же зоне локализуются и ,н и кр о тру б о " к и, сопровождающие пластинки по всей их длине. Одна микротрубочка располагается непосредственно под самой выпуклой частью бел­ ковой пластинки, вторая - около начала следующей пластинки. Под этим поверхностным аппаратом клетки залегает рыхлая гранулиро­ ванная цитоплазма. Представители рода E11glena (тип Euglenozoa, класс E uglenoidea, отряд Е u glепid а)­ обитатели пресных вод. Особенно многочисленны они в мелких стоячих водоемах, в которых есть обильная растительность, хорошо прогревается вода и содержится много органических веществ. При массовом размножении они могут вызвать «цветение» воды. Весной с повыше11ием температуры и усилением освещенности эвrnены начинают интен­ сивно размножаться. К ~юнцу июня формируемые ими популяции становятся особенно много­ численными. Затем их "uличество немного уменьшается, но к концу лета снова заметно вырастает. Позднее, осенью, когда ощутимо снижается температура окружающей среды, эвrnены инцистиру­ ются. Вероятно, именно низкие температуры запускают механизм формирования цист покоя. Е. vi1·idis - холодолюбивый вид. Особенно многочисленные популяции этого вида формируются в силыю загрязненных водоемах поздней осенью. Жгутиконосцы сохраняют свою жизнеспособность даже после вмерзания в лед . Среди представителей рода Euglena встречаются как автотрофные, так и миксотрофные формы, то есть обладающие смешанным типом питания. К миксотрофным видам относится и упоминавшаяся выше Е. viridis. В темноте она переходит к гетеротрофному питанию готовыми органическими веществами , а ее хлоропласты постепенно утрачивают насыщенную зеленую окраску. Процесс этот обратим, так как при усилении освещенности до исходного уровня окраска хлоропластов, хотя и медленно, но постепенно восстанавливается. :::>вглены обладают положительным фототакснсом. Это означает, что они способны направленно двигаться в сторону источника света. Уже упоминавшаяся выше стигма, распо­ ложенная вплотную к стенке жгутикового кармана , представляет собой лишь часть фоторе­ цеmорного аппарата клетки. Она образована скоплением жировых капель, красноватую окраску которым придают растворенные в них пигменты каротиноиды. Вторая часть фоторецептора связана непосредственно с длинным (локомоторным) жгутиком. На его боковой поверхности, обращенной в сторону стигмы, точно напротив нее располагается небольшое утолщение - пар а флаге л ля р но е тельце . Предполагается , что собственно фоторецепторную функцию выполняет именно :это образова11 ие, а стигма лишь его :экранирует или, наоборот, не :экраниру ет в зависимости от положе1111я клетки в пространстве по отношению к источнику света . Освещение или затенение парафлаrеллярного тельца вызывает изменение работы жгутика, а. в конечном счете, 11 изменение траектории дв11жения . Локомоция больш1111ства эвглен может осуществляться двумя сильно различающими­ ся способами. Первый - присущ подавляющему большинству жгутиконосцев. Это активное плавание в толще воды благодаря работе самого жгутика. Характер ундуляционной волны,
Жгутиконосцы - Mastigophora 53 которая пробегает вдоль функционирующего жгутика, разл ича ется у разных видов . У )ВГЛен жгутик при движении описывает широкие петл и . Пл ыву щая )Вrлен а постоян н о вращается вокруг своей пр одоль ной оси, но форма клет ки при этом практически не меняется. Помимо этого для м ногих эвrленовых характерен и так называемый метаболирующий способ движения . Он основан на способности этих протистов изменять форму своего тела (сильно сокращаться и вытягиваться , изгибаться и т. д.). Одним из на иболее характерных вариантов метаболирующего дв ижен ия явля ется перемещение по поверхности субстрата ил и в плотной среде с помощью перистальтиче ски х вол н , про бегающих вдоль тела простейшего от заднего конца тела к п ереднем у. Способность к метаболии, как уже говорилос ь выше, связывают в первую очередь с особенностями организации покровных структур эвгленовых. С читается, что формирование и смещение к переднему концу тела п еристальтической в ол ны обусловлено способностью белковых пластин пелликулы смещаться относительно друг друга. В ероятно, в этом пр оцессе определенная рол ь принадлежит и микротрубочкам, всегда локализующимся вдоль зон пе­ рекрывания пласт ин . ПРЕПАРАТ - Peranema sp. ( ри с. 17) Методич еские указания . Бесцветн ых жrутиконосцев Peranema sp. изучают при­ жизненно, н а временных препаратах. Нео бход имо использовать большое увеличе н ие (объек­ тив 40х). Род Peranema объединяет в своем составе до вольно крупных гетеротрофных жrути­ коносцев. Наиболее обычен вид Р trichoplюrum. локомоторный жгутик жгутиковый карман ___ место расположения ядра полисахаридные включения Рис. 17. Peranema sp " внешний вид
54 Малы й практикум по зоологии беспозвоночных Тело перанемы на значительном протяжении имеет почти правильную цилиндрическую форму. Лишь передний конец сужен в виде конуса. Самый задний участок клетки иногда бывает едва заметно расширен, а конец тупо срезан. При использовании малого увеличения микроскопа клетка перанемы кажется темно-серой или почти черной. Только ее передний, суживающийся конец, несущий длинный локомоторный жгутик, остается прозрачным. На свежем препарате, содержащем еще не придавленные и не деформи­ рованные клетки , следует понаблюдать за движением перанем и работой их л о к о л1 от о р но г о жгут и к а. В спокойном состоянии жгутиконосцы плав­ но скользят по поверхности предметного стекла. Их довольно толстый и потому хорошо заметный жгутик направлен вперед и на значительном протяжении остается прямым. Лишь его свободный концевой участок совершает быстрые врашательные движения, благодаря чему организм и перемещается в простран­ стве. Контуры самой клетки при этом тоже почти не меняются. Периодически перанемы останавливаются и начинают интенсивно изги­ баться и сокращаться (метаболировать). Однако через короткий промежуток времени они восстанавливают свою обычную форму и вновь переходят к плавному движению. Когда возрастаюшее давление покровного стекла ограничивает подвиж­ ность жгутиконосцев, становится возможным рассмотреть некоторые детали их строения. Прежде всего, становится хорошо видно, что основной объем цитоп­ лазмы целикомзаполнен полисахаридны,11и вк.1ючениял1и (грану­ лами резервных углеводов). У гетеротрофных форм это уже упоминавшийся выше парамилон, к которому добавляются гранулы настоящего гликогена. Наличие полисахаридных включений делает цитоплазму жгутиконосца практически непро­ зрачной. Лишь в центральной части клетки удается рассмотреть светлое оваль­ ное пятно с размытыми контурами. Так выглядит м ес т о рас п о л о жен и я яд р а. Увидеть же четкие границы ядра из-за большого количества полисаха­ рид ных гранул на временных препаратах невозможно. Полисахаридные включения мешают рассмотреть и особенности рельефа поверхности клетки. Только у самых «боковых» поверхностей клетки лишь иногда удается увидеть косо направленную исчерченность покровов. Основную часть объема переднего конца клетки занимает жгут и к о­ в ы й к а рл1 ан, с которым связана прозрачная сократительная вакуоль сферической формы. С противоположной от вакуоли стороны хорошо видны несколько палочковидных структур, сильно преломляющих свет. Это так назы­ ваемый «nалочковый аппараm», являющийся важной составной час­ тью сложно дифференцированного глоточного аппарата (цитофаринкса). Более подробно рассмотреть детали его строения на временных препаратах не удается. У живых особей не ви ден и цитостом , хорошо развитый у эт их гетеротрофных органи змо в. Локомоторный жгутик виден очень хорошо (см. выше). Более того, у самых крупных экзе мпляров часто удается рассмотреть ту часть жгутика, которая проходит внутри жгутикового кармана. В старых работах этот участок жгутика иногда называли корешком, что совершенно неправильно. Второй , недоразвитый жгутик рассмотреть на временных препаратах невозмож но.
Жгутиконосцы - Mastigophora 55 Стигма у видов рощ Peranema отсутствует. Все виды рода Peranema (тип Euglenozoa, класс Euglenoidea, отряд Heteronematida) относятся к числу облигатно гетеротрофных форм. Крупные перанемы большую часть времени медленно «скользят» по поверхности субстрата. Лишь ненадолго они переходят к активному плаван ию в толще воды. Питаются перанемы бактериями, мелкими простейшими, водорос ­ лями. Пищевые частицы сначала поступают в жгуrиковый карман, а уже оттуда в располо­ женный на боковой поверхности кармана цитостом. В образовании пищеварительной вакуоли важная роль принадлежит подвиж н ым элементам сложно устроенного палочкового аппарата. Размножаются перанемы путем продольного бинарного деления . Класс Юnetoplastida (кинетопластиды) Материа.7. Традиционно в качестве объекта для зна~..-омства с представителями ки­ нетопластид используют разные виды poro Trypa11osoma. Этот вариант представляется наи­ более удобным, так как дает возможность продемонстрировать на занятиях трипомастиготный (trypomastigote) тип организации клетки . Трипаносом изучают на постоянных препаратах - мазках крови, окрашенных 110 Гимза-Романовскому. Вы бор конкретных видов особой роли не играет. Среди многочисленных видов Trypa11osoma, пара зитирующих в крови позвоночных, наиболее доступна для изучения r /e~visi, часто встречающаяся в крови крысы па сюка (Ratt11s norvegicus). Однако, если трипаносомы из млекопитающих в учебной коллекции отсутствуют, можно и спользовать мазки из крови зараженных рыб, амфибий и т. д. Более того, :>п1 объекты обладают рядом несомненных достоинств - они заметно крупнее, и у них лучше выражена ундулирующая мембрана. Класс Kiпetoplastida объединяет в своем составе облигатно гетеротрофных свободноживущих и паразитических жгутиконос цев. Для всех кинетопластид хара ктерны следующие пр изнаки . 1. Тело вытянуто в дли ну, веретеновидной формы, иногда образует не­ сколько изгибов . Редко тело бывает шаровидным . 2. Многим кинетопластидам (отряд Trypaпosomatida) присуща способ­ ность изменять морфологические особен ности строения клетки при переходе от одной стадии раз вития к другой в процессе реализации своего жизненного цикла. Соответстве нн о особи одного и того же вида на р азных этаnах жизнен ­ ного цикла имеют разное строение и относятся к разным морфам, или мор­ фотипам (трипомастиготы, эпимастиготы , промастиготы , сферомастиготы, ама ­ стиготы и др.). Жизненный цикл каждого конкретного вида включает постоян­ ный набор определенных морфотипов. 3. Жгутиков два (отря д Bodoпida) или один (отряд Trypaпosomatida). Жгутики начинаются на дне жгутикового кармана , положение которого на теле жгутико­ носца варьрирует. У некоторых форм со жгутиком (или с одним из жгутиков) связана так называемая ундулирующая мембрана - ограниче нн ая поверхностной мембраной тонкая уnругая складка, к гребню которой и крепится жгутик. 4. П окровы клетки представлены пелликулой особого типа - туб ул е м­ м -ой. Непосредственно под плазмалеммой в один слой располагаются много­ численные продольные микротрубочки. 5. Цитостом в большинстве слу ч аев имеется - в жгутиковый ка рман от­ крывается тонкий трубчатый канал, на свободном конце которого образуются пиноцитозные вакуоли.
56 Малый практикум по зоологии беспозвоночных 6. В клетке кинетоnластид имеется только одна очень крупная, разветв­ ленная митохондрия. Ее отростки пронизывают весь объем клетки. В непосред­ ственной близости от кинетосомы жгутика расположен специализированный участок митохондрии (иногда он обособлен небольшой перетяжкой), в котором сконцен­ трирована вся митохондриальная ДНК в виде компактного тельца - к и н е т о­ п л а с т а. Кинетоnласт выявляется ядерными красителями и хорошо виден в обычный световой микроскоп. 7. Размножаются продольным бинарным делением, реже почкованием . Половой процесс неизвестен. Ниже рассмотрены представители отряда Trypanosomatida. ПPEПAPAT-Trypanosoma sp . (рис. 18, а, 6) Методические указания. Трипаносомы в подавляющем большинстве своем обла­ дают очень небольшими размерами. Знакомство с ними лучше осуществлять на демонстра­ ционных микроскопах с испол ьзо ванием иммерсионных объективов (90'). При выборе кон­ кретного объе""Та следует стараться найти клетки, в которых хорошо видны кинетопласт, кинетосома и ундулирующая мембрана. Так как препараты с изучаемым объектом представляют собой окрашен­ ные мазки крови зараженных животных, то самые многочисленные структуры , которые заполняют все поле зрения, - это э р и т р о ц и т ы. Эритроциты млекопитающих лишены ядер и имеют вид округлых пятен , окрашенных в голубоватый, светло-сиреневый или розоватый цвет. Эритроциты представителей остальных классов позвоночных животных чаще всего овальной формы и имеют ядро. Между эритроцитами отчетливо выделяются ярко окрашенные, червеоб­ разно удлиненные и причудливо изогнутые жгутиконосцы (рис. 18, а). Тело трипаносом сильно вытянуто в длину и заострено с обоих концов (рис.18, 6). В большинстве случаев передний конец оттянут значительно сильнее, чем задний. В зависимости от модификации окраски , использованной при обра­ ботке мазков, цитоплазма трипаносом может быть светло-голубой или бледно­ розовой. В средней части клетки располагается овальное ядро, окрашенное в темно-красный или красно-фиолетовый цвет. В заднем конце тела отчетливо различимы два небольших тельца, как правило, лежащих друг за другом. Одно, бо­ лее крупное, занимает самое заднее положение в клетке. Оно окрашивается подобно ядру и имеет вид плотной, слабо преломляющей свет гранулы. Это и есть к и н е т о п л а с т - плотное скопление кольцевых молекул митохондриальной ДНК. Немного впереди кинетопласта расположена к ин е т о с ом а (базальное тельце), от которой берет начало ж гу т и к. Рассмотреть жгутиковый карман и тем более открывающийся в него цитостом на тотальных препаратах невоз­ можно. Из-за этого часто возникает впечатление, что «базальный отрезок» жгутика проходит внутри цитоплазмы. На самом деле это не так. Мы видим лишь участок жгутика, проходящий через жгутиковый карман , а вот стенки самого кармана неразличимы. Выйдя из кармана на поверхность клетки, жгутик поворачивает вперед. Он прочно связан с прозрачным и тонким цитоплазматическим гребнем - у н д у­ л и р у ю щей м е лr браной, которая тянется вдоль всего тела трипаносомы
Жгутиконосцы - Mastigophora 57 Klll/€11/0tt юсm .~·11ду1ирующая .11е.нбрапа :>ритроциты а 6 Рис. 18. Т!)рапоsота sp.: а - в крови; б при большом увеличеш111 вплоть до его переднего конца. Жгутик проходит по вершине мембраны и, достиг­ нув конца тела, продолжается вперед в виде свободного дистального участка. Рас­ смотреть ундулирующую мембрану на всем ее протяжении удается редко. Обычно хорошо видны лишь отдельные широкие складки, выступающие за границы те.1а. Участки мембраны , оказавшиеся на фоне тела, увидеть бывает нелегко . ПРЕПАРАТ- пелликула и жгутик Trypanosoma sp . (поперечный срез , электронограмма) (рис. 19, а, б; табл . 11 приложения ) МеmодLtческие указания. На занят11ях можно 11спользовать "Элек-rроногра,1\IЫ прак­ тичесю1 любых тр11паносо,1ат11д. Важно, чтобы это был11 гю11еречные сре1ы, на 1юторых пр11сут­ ствует персреза11ныii поперек жгуmк. На по11ереч11ых cpcJax легче всего проде,юнстр11ровать особснностн строею1я пелликулы (тубулеммы) трит111осомат11д fl 11алич11е параксиального тяжа в жrуп1ке. Студенты в своих альбо\1ах до.1жны зар11совать схему 1\-Онк~-тной J..1екrроногра,1мы. На рассматриваемой электронограмме пр11ведено изображение поперечно­ го среза через клетку Тгурапоsота sp. в средней части тела. Контуры те;1а неправильной формы и относительн о гладкие. Слева к поверхности клетки плотно примыкает .жгут и к. И поверхность клетки, и поверхность жrутнка ограничены хорошо различимой /1 лаз :11 ал е .11 .11 о й . Непосредственно под плазмалеммой в теле жгуrиконосца в один слой располагаются многочисленные. перерезанные поперек 11 род о льны е ,11 LI крот руб о ч к LI. На отдельных участках среза хорошо видно, что микротрубочки связаны с внуrренней поверх­ ностью плазматической мембраны короткими 11 о 11 ере ч п ы .\t LI . 11 о с 111 и­ к а .11 и. Совокупность плазмалеммы и подстилающего ее слоя продольных микротрубочек и представляет собой пелликулу кн нетопластид. Такой тип nел­ ликулы называется туб у .1 е .11 .ной. Достаточно симметрично, почти напротив друг друга , непосредствен110 под тубулеммой хорошо видны перерезанные поперек продольные ветви
58 Малый практикум по зоологии беспозвоночных а поперечные продольные ,иикротрубочки параксиа1ьный тубулемма жгутик аксоне.на ,нитохо11дрия 6 Рис. 19. Пелликула и жгуrик Trypanosoma sp., поперечный срез: а - :электронограмма, 6 - схема. Оригинальное фото А. О. Фролова единственной гигантской ,\1 и 111 ох о н др и и, которые в виде двух «каналов» проходят вдоль всей клетки. В центральной части среза различимы другие мембранные структуры. Прочно конта~..-тирующий с поверхностью клетки жгутик имеет почти правильно округлый контур. Внутри жгутика эксцентрично располагается ак-
Жгутиконосцы - Mastigophora 59 соне.\/а . Она отчетливо сдвинута вплотную к краю поперечного среза ундули­ п одии, в сторону, противо п оложную зоне контакта жгутика с поверхностью клетки. Сама аксонема имеет типичное строение. В центре располагаются две центральные микротр убочки. Вокруг них на некотором расстоянии по кругу располагаются девять периферических ду плетов - сдвоенных микротрубочек. От одного дуплета к другому тянется по паре динеиновых ручек (на предпа­ гаемом срезе они направлены против часовой стрелки). Радиальные спицы, соединяющие периферические дуплеты с центральной частью аксонемы, на этой электронограмме рассмотреть невозможно. В жгутике между аксонемой и зо11ой контакта ундулиподнн с поверхно­ стью клетки залегает п ар а к с и а .1 ь 11 ы й тяж. Последний представляет собой вытянутую вдоль всего жгута структуру, образованную рыхлым перепле­ тением микрофиламентов. Представител11 рода Trypanosoma - крооепара'!иты позвоночных животных . Ряд видов относится к числу возбудите.1ей опасных заболеван11й, таких как сонная бо.1езнь и бо.1езнь Чагаса человека, нагана 11 сурра копытных животных и т. д. Передача инвазио11ного начала от одного позвоночного живот11ого к другому в подав­ ляющем большинстве случаев осуществляется с участием кровососущего хозяина-переносчика (некоторые виды клопов, муха цеце - род Glossi11a, разные виды слепней и т. д. ). Реализация жизненных циклов мног11х видов трипаносом со провождается сменой определенного набора морфот11пов. У возбуд11те.1я сонной болезни Т gamblense. приурочен­ ного к Центральной Африке, в жизненном ц11кле закономерно чередуются два основных морфотипа . В млекопитающих, в том числе 11 в человеке , паразитируют так называемые тр1шомаС11iГОТЫ. морфо:юп~я которых бьL1а описана выше. Д.~я них хараl\-rерны заднее по..1ожею1е кинетосомы и кинетопласта, длинный жгутик и длинная ундулирующая мембрана. В пище­ варительной системе мух цеце. которые заражаются, питаясь кровью инфицированных по­ звоночных животных, тр11по,1астиготы трансформируются в эпимастигот. У клеток этого морфологического типа кинетопласт и кинетосома смещаются вперед и располагаются не­ посредственно перед ядром. Соответственно у них укорачиваются и жгутик, и ундулирующая мембрана. Одновременно с \Юрфо:югической перестройкой "-оренным образом меняется и характер обменных процессов : нз анаэробов они превращаются в настоящнх аэробов . Более сложно протекает смена морфологических форм в жюненно\1 1щкле Т. с1-и=i, распространенной в Лат11НСl\'ОЙ д,1ерике и вызывающей тяже.1ое забо.1евание бо..1езнъ Чаrаса. И в человеке, и в переносчиках , роль которых выполняют крупные 1\'])Овососущие клопы ю родов RJ1od11ius, Triaroma н др., жгутиконосuы представлены сферомасп1готам11, промастиготами и уnомннавши\111ся выше 1п~1мастиготами. Сферомаст11готы 11меют oкpyrnoe или овальное тело, содержащее юшетопласт 11 ю111етосому, но свободный жгутик при 1то.'1 отсутствует. Про,1ас­ тиготы вообще напоминают гетеротрофных эвrnеновых жгутиконосцев . Их жгут•1ковый кар,1ан локалюуется тер,шна.,ьно на переднем 1\'Онце клетки . Выходящий из него свободный жгутик направлен строго вперед, соответственно ундулирующая мембрана отсутствует. Кинетопласт и в ЭТО\1 случае расположен рядо\1 с кинетосо,юй . Трипо,1астиготы появляются в самом конце развит11я паразитов в хозяине. Они яв.'!Яются инвазионными стадиями в жизненном цикле и слу-мат для передачи инваз11и от перенос•111ка к позвоночному животному и обратно. Тип Choanomonada ( воротничковые ж гутиконосцы) Материа.1. На 1аняп1я\ используют ·текrронограммы (см. пр1mожение, табл. 111, IV) продольных срезов од1111очных 11л11 колониальных хоаноф.1аге;шят. Так как главная задача познакомить студентов с особе11ностя,111 тонкого строения жгутикового алпарата, на заняп1ях можно работать с 11нфор,1ат11вны"и з.1екrронограмма\111 :1юбых видов жгут11коносцев. Выбор
60 Малый практикум по зоологии беспозвоночных хоано,1онад в качестве модельного объекта обусловлен несколькими пр11чинам11. Прежде всего, )ТО наглядность материала - особенности организаuии жгутикового аппарата )Ти х протистов таковы. что на продол ьном срезе, прошед шем через основание жгутика, можно продемон­ стрировать практически все основн ые детали этой структуры. Важно и то, что это единствен­ ный объект, на которо,1 выявляется структура воротничка. Тип Choanomonada объединяет одиночные и колониальные гетеротрофные формы, в изобилии встречающиеся и в пресных водоемах, и в море. Для них характерны следующие признаки. 1. Относительно мелкие виды (до 25 мкм) с овальным или грушевидным телом. 2. На переднем (апикальном) полюсе клетки располагается в о рот н и­ ч о к. Он образован цитоплазматическими выростами пальцевидной формы - те н та к ул а м и , которые образуют настоящий частокол, расположенный во­ круг жгутика. При изучении жгутиконосцев с использован ием методов световой микроскопии воротничок выглядит как очень тонкая и прозрачная складка цитоплазмы. 3. Жгутик один, расположен в центре площадки, ограниченной тентаку­ лами воротничка. Кинетосом - две. Одна, от которой берет начало аксонема жгутика, залегает терминально и ориентирована паралле;~ьно продольной оси клетки. Вторая расположена глубже, под первой и ориентирована перпендику­ лярно к ней. Кинетосомы связаны между собой короткой фибриллярной связкой. От первой кинетосомы отходят многочисленные микротрубочки. залегающие параллельноповерхностиклетки.Ониобразуют корешковую систему. Плотныйфибрилляр11ый корешок, отходящийотвторой(безжгути­ ковой) кинетосомы, направляется к диктиосом е аппарата Гольджи. 4. Еди н ствен ная диктиосома аппарата Гольджи залегает л ибо непосред­ ственно перед ядром, либо немного сбоку. на уровне его переднего края. 5. Ядро одно, лежит в средней части клетки либо немного сдви нуто вперед. 6. Размножаются делением, половой процесс неизвестен. ПРЕПАРАТ - продольный срез через клетку воротничкового жгутиконосца (рис. 20, а, б; таблица 111 пр иложен и я) и серия поперечных срезов через жгутик (электронограммы) (рис. 21, 1-5; таблица IV п р иложения) Методические указания. Студентам на занятии вместо обычных препаратов вы­ дается )Лскrроногра~1ма изучаемого объекта (см. приложение. табл. Ш, IV). После тщательного юучения студент должен в своем альбоме нарисовать схему )Лектронно-микроскопической фотографии подобно тому, как создаются рисуню1-схемы при работе с обычными препаратами. На предлагаемой электронно-микроскопической фотографии изображен продольный срез через переднюю часть клетки воротничкого жгутиконосца (рис. 20, а, б). Снаружи клетка одета п .1 аз .11 а .1 е .11 .11 ой. Какие-либо допол­ нительные покровные структуры отсутствуют. На апикальном (переднем) кон­ це клетки в центре небольшой площадки, ограниченной т е н т а к уд а . 11 и
Жгутиконосцы - Mastigophora центра1ьный филамент пластинка л1икротрубочковый аксоне\1а /жгутик тентаку.1а воротничка / цитоскелетные фuда11енты ки11етосо.\1а ;;:;о;~-1+---- соте.пит 11!1n~:-.:-~:----- безжгутиковая кинетосо,wа фибри.7.1ярный тяж аппарат Гюьджи 61 а эндоплазматическая ядро нукдеосш.ш митохондрия перuнуклеар11ое пространство пищеварительная вакуо.1ь Рис . 20. Продольный срез через клетку воротничковоrо жrутиконосца: 6 а - электронограмма (см. рис. 21); 6 - схема Оригинальное фото С. А. Карпова
62 Малый практикум по зоологии беспозвоночных в о рот н и ч к а, располагается жгут и к. Внутри тентакул проходят ц и т о­ ске.1етные .никрофила.11енты актиновой природы. На продольном срезе через жгутик хорошо видна а к с о н е . 11 а, в ча­ стности периферические дуплеты микротрубочек в виде двойных линий. Цен­ тральные микротрубочки аксонемы заканчиваются на значительном расстоянии от основания жгутика. Далее в проксимальном направлении проходит лишь тонкий тяж, называемый центральны .11 филаменто .11. Он досrиrает по­ п ере ч н о й п .1 а ст и н к и. Последняя представляет собой электронноплот­ ный диск, перекрывающий весь просвет базальной части жгутика. У воротнич­ ковых жгутиконосцев на уровне расположения поперечной пластинки на жгутике образуется хорошо заметная кольцевая перетяжка. Далее, уже ниже уровня поверхности клетки, в цитоплазме располагается к и к е т о с о .11 а. На продольном срезе она имеет вид двух электронно-плотных и достаточно широких полосок, расположенных параллельно друг другу. Рас­ смотреть расположение триплетов, образующих «стенку» кинетосомы, на таких срезах не удается. С нижней частью кинетосомы связаны с ат ел л и ты. На срезе они имеют вид электронноплотных придатков, расположенных перпенди­ кулярно продольной оси кинетосомы. От сателлитов берут нача.m .11 и кр о - труб о ч к о в ы е к о ре ш к и, которые тянутся практически параллельно по­ верхности клетки. На предлагаемой электронограмме такой корешок хорошо виден только с одной стороны. Вторая, безжгутиковая кинетосо.11а залегает непосредствен­ но под первой и ориентирована в плоскости, перпендикулярной продольной оси клетки. Обе кинетосомы связаны коротким фибриллярным тяжом. От базальной части второй кинетосомы отходит более длинный ф и брил ля р н ы й тяж, который направлен в сторону единственной диктиосомы а п п ар а т а Гол ь­ д ж и. На рассматриваемой фотографии хорошо видно лишь его начало. Сама диктиосома расположена на уровне переднего края ядра и немного сбоку от него. На срез попал только ее край, образованный несколькими плоскими цистернами и округлыми пузырьками. Крупное я др о - неправильно округлой формы. Его ограничивает двух­ мембранная оболочка, в которой хорошо выражаю п ер и ну кл е ар н о е пр остр ан ст в о. Наружная мембрана оболочки несет многочисленные ри­ босомы, отчего кажется толстой и шероховатой. Основной объем ядра заполнен мелкогранулированным содержимым , в котором отсутствуют сколько-нибудь заметные скопления rетерохроматина. Центральное положение в ядре занимает электронноплотная ну кл е о с ом а. Она довольно крупная и имеет неправиль­ но округлую форму. В цитоплазме преимущественно по периферии клетки хорошо видны округлые или овальные мембранные профили, связанные с рибосомами. Это перерезанные участки шероховатrn энд оп лаз .11 ат и ческой сет и. На уровне задней полоsины ядра и далее назад в цитоплазме распола­ гаются многочисленные неправильной формы .митохондрии , у которых хорошо видны двухмембранная оболочка и пластинчатые кристы. В нижней части электронограммы на уровне заднего полюса ядра располагаето~ пищеварительная вакуоль. На левой поверхности
Жгутиконосцы - Mastigophora 63 жгутиконосца хорошо видна образующаяся пищевая 11 се в д о 11 о д и я. с по­ мощью которой жгутикон осец собирает пищевые частицы , прил и пающие к тентакулам с наружной поверхности воротничка. Кроме продольного среза следует познакомиться с серией поперечных срезо в через ундулиподию и базальную часть жгутикового аппарата воротнич­ ко вого жгутиконосца (уро вни , на которых были сделаны соответствующие срезы, н а 'Электронограмме продольного среза - см. рис. 20 - отмечены стрелками). Первый срез (рис. 21, /) сделан н а уро вне активно работающего участка ундулиподии. значительно выше переходн ой зоны . Контуры среза неправильные, складчатые. Над /1оверх11ост 11ой л1е.\t бра11ой располагается слой хорошо развитого ф11бри.1.1яр11ого <' .1икока.1икса. Жгутики хоано­ мо н ад л и шены паракс 11ль н ого тяжа, поэтому аксонема за н11мает почти всю площадь поперечного среза. Практ11ч еск11 строго по центру располагаются две це11тра.1ьные .11икр отру6очки. Поперифериисреза.почтиприлегая в некоторых участках к плазмалемме, лежат девятъ д у п .1 е 111 о в, несущих д и 11 е ин о вые ручки. Н а рассматр~1ваемом сре зе они направлены против часовой стрелки. Рад и а .1ь11 ы е с 11 и ц ы, соед иняющи е пер и ферические дуплеты с центральными струt.-турами аксонемы, видны не все. От некоторых на срезе сохранились л ишь фрагменты . Следующий срез (рис. 21, 2) сделан на уровне верхней части переход ной зоны, выше уровня поперечн ой пласт11нки. )тот участок характеризуется большей массивностью . Его контуры приобретают почти правильную звездчатую форму. Складки поверхностной мембраны покрыты очень мощно разв итым гликокалик­ сом. От аксонемы сохраняютсялишь периферическ11е дуп.1ет ы, от которых к верши нам складок плазмалеммы направляются плотные ф и д а .не н­ т ы . На рассматриваемо й 'Электронограмме хорошо видны их проксим альные участки. Централ ьное положен ие на срезе внутри круга перифер и ческих дуп­ летовзанимает упоминавшийся выше це11тра.1ь11ый фu.1а.нент. На по перечном срезе он имеет вид черной (электронноплотной) точки н еправильной формы. Н а срезе, прошедшем ниже уровня расположения поперечной пластинки (рис. 21, 3), отсутствует центральный филамент, который, как уже говорилось ранее, доходит только до нее. Все вн утреннее пространство, ограничен ное кругом 11ерифери11еск11х ду11летов, заполнено плотным .11а111р11ксо.11 . Между п л аз .11 а .1 е . 11 . 11 ой, огран11чивающей сам ый передний конец клетки, и уходящими вглубь дуплетами переходной зоны располагается хорошо выра ­ женный слой относительно светлой слабозернистой цитоплазмы. Еще глубже переходная зона сменяется к 11 н е т о с о .11 о й (рис. 21, 4). Ее начало знаменуется заменой периферических дуплетов на т р и п .1 е т ы. Это происходит в результате того, что к каждому дуплету добавляется еще одна короткая микротрубочка. На попер ечных срезах хорошо видно, что триплеты кинетосомы в отличие от дуплето в предшествующего отдела расп олагаются не строго по кругу, а косо, под небол ьшим углом друг к другу. На са:1-10м прокси,1альном конце к u 11 е то с о .11 ы располагается к о .1 ь­ ц ев о й Ц ОМ Т (центр организации микротрубочек) (рис. 21, 5), от которого берут начало направляющиеся строго радиально .11 и крот р у 6 о ч к и
64 Малый практикум по зоологии беспозвоночных la 2а За дуплеты микротрубочек центральные поверхностная мембрана ;иикротрубочки --;~H;;;;.::J:j~ глuкокаликс периферические дуплеты плазмалемма lб 2б Зб Рис. 21. Серия поперечных срезов через жгутик (соответствие срезоо 1-5 показано на рис. 20): 1 - через у ндул иподию (а - электронограмма, б - схема); 2 - через переходную зону выше уровня поперечной пластинки (а - электронограмма, б - схема); 3 - через переходную зону ниже уровня поперечной пластинки (а - электронограмма, б - схема)
Жгутико н осцы - Mastigophora 4а 5а трuп.1еты l\Uнemoco.wa .нu/\ротру6очкu корешковой · cucme.'Wы Рис . 21. (продолжение): 46 кu11emoco,wa 56 4 - через среднюю часть кинетосомы (а - электронограмма, 6 - схема); 5 - через базальную часть кинетосомы (а - электро нограмма, 6 - схема). Оригинальные фото С. А. Карпова 65 корешковой систе.мы жгутиконосца.Вотличиеотподавляющегоболь­ шинства других жгутиконосцев, корешки у рассматриваемого вида хоаномонад располагаются поодиночке и не объединяются в какие-либо пучки или ленты. Тип Choanomonada включает только один класс C hoanomonad ea, содержащий в свою очередь лишь один отряд C hoanotlagellida. Выше уже было сказано, что они характеризуются значительным биологическим разнообразием. Среди них встречаются как планктонные формы , так и виды, ведущие прикрепленный образ жизни. Многие становятся настоящими эпиби­ онтами , которые поселяются на других живых организ~iах (водорослях, кишечнополостных и т. д.). Воротничковые жгутиконосuы , ведущие планктонный образ жизни, чаще всего пред­ ставлены колониальными формами, тогда как среди обрастателей и эпибио нтов много оди­ ночных форм. 3 -175 /
66 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Воротничковые жгуrиконосцы устойчивы к колебаниям солености. Один и тот же вид может встречаться как в типичных пресных , так и в солоноватоводных водоемах и даже в море. Все хоанофлагелляты - облигатные гетеротрофы. Пищей им служат различные мелкие пищевые частицы , в том числе и бактерии. Пищедобывающий аппарат включает жгутик, тентакулы воротничка и особые «пищевые» псевдоподии. Жгутик создает круговые токи воды, которые проходят между тентакулами внутрь воротничка и затем круто поднимаются вверх вдоль ундулиподии. Неподвижные тентакулы играют роль своеобраз ного фильтра, на поверх­ ности которого задерживаются пищевые частицы. У основания воротничка при этом начинает формироваться небольшая, направленная вверх «пищевая» псевдоподия. С ее помощью жгу­ тиконосец фагоцитирует пищевые частицы. Сформировавшиеся пищеварительные вакуоли транспортируются в глубь клетки, где и осуществляется переваривание их содержимого . Размножаются вортничковые жгутиконосцы путем обычного бинарного делен ия . При неблагоприятных условиях они способны инцистироваться. Половой процесс у Choanomonada не обнаружен. Для колониальных форм характерен морфологический полиморфизм, связанный с реализацией их простого жизненного цикла. Это обусловлено особенностями воспроизводст­ ва колоний. Последним дают начало отдельные клетки, которые периодически отделяются от материнских колоний. Внешне они напоминают одиночные формы. Таким образом, в жиз­ ненном цикле появляется специальная стадия, обеспечивающая увеличение числа колоний и расселение вида. Новые, дочерние колонии появляются не в результате деления материн­ ской, а из специально дифференцирующихся для этого клеток. Через некоторое время, после периода одиночного существования, эти клетки приступают к делению и дают начало новым колониям. Тип Chlorophyta (зеленые водоросли) Зеленые водоросли (тип Chlorophyta) - обширная группа автотрофных протистов, характеризующаяся значительным морфологическим и биологичес­ ким разнообразием. Многие исследователи склонны рассматривать этот тип как таксон, филогенетически близкий сосудистым растениям. В целом зеленые водоросли характеризуются следующими основными признаками. 1. Одноклеточные, колониальные, «многоклеточные» и сифональные фор­ мы. Одноклеточные могут быть представлены как жгутиковыми, или монадными клетками, так и неподвижными, лишенными жгутиков коккоидными формами. Виды с сифональным типом организации характеризуются отсутствием клеточ­ ных границ и многоядерностью. 2. Клетки примитивных форм покрыты ч е ш у й к а м и или, чаще, одеты клеточной стенкой, построенной из целлюлозы. 3. Жгутиковые формы несут два или четыре жгутика. Многожгутиковые виды встречаются редко. 4. Митохондрии с пластинчатыми кристами. 5. У видов с клеточным типом организации хлоропласт чаще всего один, иногда неправильно чашевидной формы. Виды с сифональным строением имеют многочисленные хлоропласты-: 6. Оболочка хлоропласта образована двумя мембранами, тилакоиды упа­ кованы в граны. 7. Пирен о и д лежит внутри хлоропласта. 8. И~еется стигма , которая располагается в хлоропласте.
Жгутиконосцы - Mastigophora 67 9. Одноклеточные формы размножаются агамно путем деления. Собствен­ но обособление клеток осуществляется либо за счет формирования б о р о з д ы деления, либо с образованием фрагмопласта и клеточной п л а с т и н к и, как это имеет место у настоящих растительных клеток . Реже в делении клеток принимает участие фи к оп ласт (см. ниже). В жизненных циклах зеленых водорослей обычно имеет место половой процесс, форма ре­ ализации которого крайне варьирует у представителей разных таксонов. Зеленые водоросли играют важную роль в жизни пресных и морских водоемов. Некоторые виды приспособились к жизни в поверхностных слоях почвы. Многие представители этой группы вступают в сложные симбиотические отношения разного типа с представителями совершенно иных таксонов (грибы, инфузории, кишечнополостные). В настоящее время в составе типа Chlorophyta выделяют пять таксонов в ранге класса: Prasinophyceae, Chlorophyceae, Trebouxiophyceae, Ulvophyceae и Charophyceae. Ниже будет рассмотрен представитель лишь одного класса Chlorophyceae. Класс Chloroph yceae (хлорофитовые) Материал. На лабораторных занятиях для знакомства с колониальной организацией жгуrиконосцев традиционно используют виды род~ Volvox. При отсутствии живой культуры жгуrиконосцев вполне удовлетворительные результаты дает применение фиксированного ма­ териала, хранящегося в глицерине. Колонии при таком способе консервации хорошо сохраняют форму и основные признаки клеточной дифференцировки входящих в нее особей. Самый многочисленный таксон среди зеленых водорослей - хлорофито­ вые объединяет широкий круг форм, весьма различающихся по морфологии и особенностям биологии. Одноклеточные виды представлены как подвижными ~юнадными формами, обладающими жгутиковым аппаратом (род Chlamydomonas), так и неподвижными безжгутиковыми (род Ch/orella). Широко распространены и так называемые «многоклеточные» формы, талломы которых образованы тем или иным количеством недифференцированных или слабо дифференцированных клеток. Особое место среди хлорофитовых занимают колониальные формы, среди которых наибольший интерес представляют высокоинтегрированные подв ижные колонии рощ Volvox. Очень своеобразной, по сути дела уникальной особенностью Chlorophyceae является то, что деление клеток у представителей этой группы осуществляется с участием ф и к о п л а с т а. Последний формируется в делящейся клетке после расхождения ядер и разрушения митотического веретена. Микротрубочки , об­ разующие фикопласт, ориентированы перпендикулярно направлению исчезающе­ го веретена, то есть лежат в плоскости, в которой и осуществляется оконча­ тель ное обособление дочерних клеток (цитокинез). Так как подобная структура за пределами Chlorophyceae более не встречается у представителей ни одной .:хругой группы эукариотных организмов, многие исследователи придают этому признаку важное филогенетическое значение. 3'
68 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ПРЕПАРАТ - колония Volvox sp. (рис. 22, А, Б) Методические указания. Для знакомства с организацией колоний рош Volvox можно использовать как временные, так и постоянные препараты. Препараты сначала изучают под малым увеличением микроскопа. При этом необходимо рассмотреть внешний вид мате­ ринской колонии с расположенными внутри нее дочерними колониями. При большом уве­ личении (40") следует изучить и зарисовать фрагмент колон ии с клетками разных типов - вегетативными клетками, вегетативными клетками размножения , гаметами и т. д. Если в предлагаемом материале какие-то типы клеток встречаются очень редко, то целесообразно соответствующие пр епараты выставить демонстрационно. Для демонстрации пласти н ок мик­ рогамет рекомендуется использовать иммерсионные объективы (90х). Неповрежденные колонии вольвоксов имеют правильную сферическую форму (рис. 22, А). Сколько-нибудь выраженной морфологической дифферен ­ цировки полюсов у таких колоний при простом микроскопировании обнаружить не удается (см. с. 71). Размеры колоний очень сильно варьируют в зависимости от возраста. У молодых и, соответственно, мелких колоний клетки располага­ ются компактно и расстояние между ними очень небольшое, у более старых экземпляров расстояние между клетками заметно увеличивается. Рост колонии в подобных случаях осуществляется не за счет увеличения числа вегетативных клеток (у видов ро,щ~ Volvox они вообще утратили способность к делению), а в результате их расхождения и удаления друг от друга. Ве ге тат и в н ы е клетки (особи) располагаются поверхностно, в один слой, так что в центральной части колонии они всегда отсутствуют. У одних видов (V. aureus) все особи, входящие в состав колонии, соединены с соседними клетками тонкими цитоплазматическими мости­ к а м и, у других же ( V. curteri) клетки в процессе деления полностью обосаб­ ливаются друг от друга. Клетки одеты клеточной стенкой и заключены в прозрачный матрикс. Периферический слой этого матрикса, в который и погружены отдельные особи, более плотный , а его центральная часть разжижена. Даже при использовании малого увеличения микроскопа хорошо видно, что многие колонии кажутся пустыми: в заполняющем их полужидком матриксе ничего нет. В лучшем случае у таких колоний можно наблюдать небольшую размерную гетерогенность образующих их клеток - на фоне многочисленных мелких вегетативных клеток начинают выделяться более крупные особи (см. с. 71 ). Это колонии, еще не приступившие или только-только приступающие к агамному размножению . Наряду с такими экземплярами в хороших культурах всегда в значитель­ ном количестве встречаются КОЛО Н~tf И , внутри которых можно обнаружить сферические тела. В пределах одной колонии они , как правило, н е очень сильно отличаются друг от друга, в разных же колониях они могут очень сильно различаться по размерам и с'фуктуре. Это дочерние колонии, которые формируются из особых вегетативных клеток размножения (см. с. 7 1). Обычнонапрепаратахпопадаются .материнские колонии, раз­ личающиеся по степени развития находящихся в них дочерних колоний. В одних случаях это всего лишь группы интенсивно делящихся клеток, еще не образу-
Жгутиконосцы - Mastigophora материнская коло11ия "- ~,."· ;~_.:::: :: =~:·li~ вегетативные клетки /V.· :~:: :.~ цитоплазматические мостики дочерпие коло11ии ~ ·;.~.· • ; ·· У 69 ~· ·~ ".·;: \{<.:>,) 11 вегетативиая клетка размиоженияА пластипки ,wикрогСLwет зигота Б Рис . 22. Колония Vo/vox sp.: А - внешний вид; Б - участок колонии с гаметам и ющих замкнутую сферу. Такие стадии выделяются на фоне вегетативных клеток как плотны е клеточные скопления. Совсем молодые, но уже сферические ко­ лонии сначала характеризуются очень компактным расположением образующих их клеток. Именно поэтому на препаратах они выглядят как плотные темные образования правильно округлой формы, лежащи е внутри материнской колонии. В дал ьнейшем дочер ние колонии заметно увеличиваются в размерах, а входящие в их состав клетки постепенно расходятся. Завершающие свое развитие колонии разрушают сте нку материнской колонии , выходят в воду и переходят к само­ стоятельнОWУ образу жизни. Даже используя самые мощные объективы, рассмотреть детали организации отдельных вегетативных клеток и специализированных генеративных элементов на фиксированном материале не удается, а вот основные типы дифференци ро­ ванных клеточных элементов выявляются совершенно отчетливо (рис. 22, Б). Обычные вегетативные клетки , собственно и образующ ие колонию , имеют вид округлых, относительно светлых телец. Если н а занятиях в качестве учеб­ ного объекта используются колонии V aureus, то при большом увеличе нии достаточно отчетливо видны тонкие мостики , свя з ывающие соседние вегетатив-
70 Малы й практикум по зоологии беспозвоночных ные клетки. На препаратах они выглядят как волосовидные линии, присутствие которых придает колонии неправильно сетчатый вид. На фоне вегетативных клеток выделяются превышающие их по размерам в4-5 разтак называемые вегетативные клетки размноже­ н и я. Тем не менее, по общему плану строения и набору органоидов они практически не отличаются от остальных клеток колонии. Именно они дают начало дочерним колониям. Обычно вегетативные клетки размножения закла­ дываются в колонии рыхлыми группами. Чаще всего такие группы приурочены к заднему полюсу колонии. Далее на других колониях следует найти дифференцированные половые клетки (рис. 22, Б), при этом нужно помнить, что род Volvox включает как «раздельнополые», так и «обоеполые» (гермафродитные) виды. В первом случае в колониях развиваются либо только мужские, либо только женские половые клетки, во втором же - одна колония может нести оба типа половых клеток. Ранние стадии микрогаметогенеза обычно обнаружить не удается. Зрелые же микрогаметы встречаются достаточно часто. Сформированные микрогаметы сильно вытянуты в длину. На переднем конце они несут два коротких жгутика. Микрогаметы лишены хроматофоров, поэтому они окрашены в золотисто-жел­ тый цвет. Микрогаметы собраны в пластинки - они плотно соединены боко­ выми поверхностями по всей длине клетки, при этом передние концы всегда обращены в одну сторону. На препаратах пластинки микрога.мет могут выглядеть по­ разному в зависимости от того, как они лежат по отношению к оптической оси микроскопа. Если пластинка легла перпендикулярно оси, то она имеет вид правильно округлого тельца золотисто-желтого цвета. Рассмотреть границы от­ дельных микрогамет невозможно , но при этом складывается впечатление , что пластинка имеет тонко гранулированную структуру. По контуру пластинки хорошо бывает заметен ореол , образуемый жгутиками микрогамет, занимающих краевое положение. Если пластинка легла параллельно оптической оси, то мы увидим ее сбоку, в профиль. В этом случае бываt\т хорошо заметна поперечная исчерченность (это едва просматриваются контуры отдельных микрогамет), а ореол, создава­ емый жгутиками, окаймляет пластинку только с одной стороны. Зрелые м а кр о г а ,11 е т ы имеют совершенно иной вид. Они значитель­ но крупнее всех остальных клеток, входящих в состав колонии. Снаружи они одеты толстой стекловидно прозрачной оболочкой, имеют правильную округлую форму и лишены жгутиков. В отличие от микрогамет они содержат хроматофор, что обусловливает их характерную темную зеленовато-бурую окраску. Довольно часто в культуре можно найти колонии, в которых содержатся зиготы. От макрогамет они отличаются тем, что их двухслойная оболочка становится еще более плотной и приобретает характерную звездчатую форму. Виды рода Volvox (тип Chlorophyta, класс C hl orophyceae) довольно часто встречаются в планктоне пресноводных водоемов. Крупные шаровидные колонии вольвоксов разных видов заметно различаются по количеству образующих их вегетативных клеток - от 500 до 60 ООО. Вегетативные клетки характеризуются яйцевидной формой - их передний конец, несущий два жгутика, сужен. Значительную часть объема клетки занимает крупный чашевидный хрома-
Жгутиконосцы - Mastigophora 71 тофор. В его задней части залегает большой неправильно округлый пиреноид. В хроматофоре латерально располагается стигма. В передней части клетки залегают две сократительные вакуоли. Ядро погружено в углубление чашевидного хроматофора, который окружает его с боков и сзади. Оно занимает центральное положение в клетке или немного сдвинуто вперед. Выше уже было сказано, что, на первый взгляд, колонии лишены полярности. Однако это не так, ибо колонии на самом деле отчетливо полярны. У них есть передний и задний полюса . При поступательном движении колонии практически всегда строго ориентированы передним полюсом вперед. Функциональная поляризация колонии сопровождается морфоло­ гической дифференциацией особей, расположе нных на разных полюсах. Безусловно сохраняя общий план строения, они немного различаются по ряду параметрических признаков (длине жгутиков, размерам стигмы , объему хроматофора и т. п.). Специализация вегетативных клеток проявляется и в том, что у зрелых колоний они утрачивают способность к делению, то есть дать начало новым колониям, как это имеет место у более примитивных колониальных форм (например, род Pandorina), они не могут. Для этой цели в колониях ро~ Volvox дифферен­ щ1руются специальные генеративные элементы: вегетативные клетки размножения и половые особи - гамонты. Вегетативные клетки размножения еще сохраняют все основные особенности органи­ зации обычных вегетативных клеток, лишь значительно превышая их размерами. Они сохра­ няют способность к делению, благодаря чему и дают начало новым дочерним колониям. Дифференцировка клеток развивающейся колонии на вегетативные (соматические) и вегета­ тивные клетки размножения (генеративные) может происходить очень рано, еще у растущих колоний. Наряду с агамным размножением вольвоксам присущ и половой процесс. Последний реалюуется с участием специальных половых особей - гамонтов. Гамонты начинают фор­ \lироваться еще в относительно молодых колониях . Это результат особого пути дифферен­ цир~ вки отдельных особей . В природных популяциях колонии с гамонтами появляются периодически. При наступлении неблагоприятных условий количество «половых» колоний \tОЖет резко возрастать. Половой процесс у представителей р. Volvox протекает по типу оогамии. Это обсто­ ятельство предопределяет наличие существенных различий в процессах гаметогенеза. Созре­ вание женских половых клеток - макрогамет протекает без преrамных делений лишенного жгутика макрогамонта . Последний только интенсивно растет и накапливает большое коли­ чество запасных питательных веществ. По сути дела, речь идет лишь о постепенной транс­ формации макроrамонта , еще не способного к копуляции, в зрелую макроrамету, способную копулировать с микрогаметами. Совершенно иначе протекает микрогаметоrенез, который всегда сопровождается пре­ rа.\tными делениями микрогамонта. В процессе микроrаметогенеза утрачивается хроматофор, в результате чего микроrаметы оказываются обесцвеченными, но жгутики и стигма сохра­ няются. В результате серии быстро следующих друг за другом делений образуется большое ~..'Оличество микрогамет, которые еще некоторое время остаются собранными в однослойные пластинки . Прегамные деления при микрогаметогенезе не сопровождаются мейозом, так как вольвоксы на вегетативной стадии являются rаплонтами. Для них характерна зиrотическая редукция. Все представители рою Volvox - типичные планктонные организмы. Они постоянно держатся в толще воды, где медленно плавают, благодаря активной работе жгутиков много­ численных вегетативных клеток. При движении они медленно вращаются вокруг своей про­ до.:rьной оси, соединяющей передний и задний полюса. Вольвоксы обладают отчетливо выраженным положительным фототаксисом.
ТЕМА: СПОРОВИКИ (тип Apicomplex a) В настоящее время система этого таксона находится в стадии интенсивной разработки. Не вызывают особых сомнений только два момента: принадлеж­ ность рассматриваемой группы к Alveolata и состав типа, то есть набор вклю­ чаемых в него группировок более низкого ранга. Согласно современным представлениям, тип Apicomplexa вместе с авто­ трофными жгутиконосцами Dinoflage ll ata (=Peridinea) и инфузориями (Ci liophora) образуют одн у хорошо обособленную филогенетическую ветвь. Отнесение этих трех столь различающихся между собой таксонов к одной группе Alveolata основано н а наличии у них особого типа пелл икулы. П оследняя образована плазмалеммой и подстилающими ее альвеол а ми, то есть сильно упло­ щенными мембранными цистернами. На :электронно-микроскопических фотографиях в составе покровных структур Alveolata хорошо различимы три мембраны: поверхностная мембрана клетки и две расположенные параллельно ей мембраны альвеолы. Их часто обозначают как п роме ж у то ч н а я и внутренняя мембраны. Вместеони составляютвнутренниймемб­ ранный комплекс пелликулы. За пределами Alveolata подобный тип пелликулы нигде не в стречается. В пользу тесной филогенетической близости Dinoflagellata, Apicomplexa и Ciliophora говорят и современные молекулярно-биологические дан ные. Сейчас в научной лите ратуре можно найти несколько вариантов системы типа Apicomp lexa, в каждом из которых есть свои досто инства и свои недо­ статки . Принимаемый нами может рассматриваться как компромиссный рабочий вариант, отражающий как традиционные взгляды на стру~..-туру рассматриваемой группы , так и некоторые более современные точк и зрен ия . Главной отличительной особенностью Apicomplexa является то, что в их жизненном цикл е обязательно присутствует стадия (вегетативная клетка-орга­ низм, зооспора,зоит),обладающая апикальным комА:пексом ор­ г ан о и до в (риё.23). Н еобходимо подчеркнуть, однако, что к :этому комплексу относят клеточные структуры, не связанные с апикальным (передним) концом клетки . Они могут располагаться в други х ее участках. Состав комплекса может незначительно варьировать у представителей разных групп, но это не отражается на общем плане орга низации клетки Apicomplexa. В типичном случае рассматриваемый комплекс вклю•rает следующие структуры: 1. Л ел л и к ул~ образована тремя мембранами - плазмалеммой и двумя мембранами вн утреннего мембран1юго комплекса, принадлежащими альвеолам. Внутренний мембранный комплекс отсутствует на самом переднем {апикальном) и на самом заднем концах клетки, а также в области м и кр о­ поры. 2. М и кр опор а, если она имеется, обычно располагается на боковой - поверхности клет~и. В области микропоры во внутреннем ~1ембранном комп- лексе формируется круглое отверстие, по краю которого откладывается элект­ ронноплотный матер~1ал в виде опорного кольца. Плазмалемма в этом месте
Споровики - Apicomplexa 73 образует впячивание, заходящее в это отверстие. Считается, что микропора выполняетфункции_ультрацитостома. 3. Не посредственно под внутренним мембранным комплексом располага­ ются про,!lольные микротрубочки. Они начинаются на переднем конце клетки и направлены назад. Длина их варьирует у разных видов. 4. На апикальном конце клетки располагается !..О_Н о и д. Эта структура имеет форму полого усеченного конуса, стенки которого построены из несколь­ ких спирально расположенных микрофибрилл. 5. Концы клетки несут опорные кол"i:цевые структуры - пол яр н ы е к о л ь ц а: о~или два__J!шшалыiЫ-х.-ЦQJIЯ.РН.ЫХ кольца на переднем конце J и одно -дистаJ;Iьное_п оляQ_ное кольцо_-_t1 а заднем. - 6. В передней полови не клетки располагаются ~..!!:._ Это...меmко­ видн ые образования с расширеншим__задним концом и узким направленным вперед «протоком». Они ограничены мембраной и содержат электронноплотный i'-~териал. Концевые участки «протоков» проходят внутри коноида и достигают ап икального конца клетки. 7. В_округ роптрий, а иногда и в задней половине клетки локализуются м и кр о н е м ы. Они представляют собой узкие, сильно вытяну1ы~, ко­ торые, в отличие от роптрий , чаще располагаются нe_JL.!!Ш>дOШiliQ.M, а в по­ перечном направлении и при этом образуют изгибы. Они также ограничены ~м~й и содержат электQQНt!Щ!О_О!Н~т~ал. 8. Кроме перечисленных у многих представителей рассматриваемого типа описаны и другие мембра нные структуры: плотные тел а, а пи к оп ласт - ит.Д. Остальныеорганоиды (митохондрии, ЭПР, диктиосома ап­ п ар ат а Гол ь дж и, ядро, у ряда представителей - жгутики), встре­ чающиеся у Apicomp lexa, в целом характерны для эукариотических клеток. Тип Apicomplexa отчетливо распадается на два хорошо обособленных класса - Perkinsemorpha и Sporozoa. К первому (Perkinsemorpha) относятся как свободноживущие хищ­ ные жгутиконосцы (род Colpodel/a), имеющие два жгутика, так и специа­ :~изи рованные паразиты, в жизненном цикле которых также сохраняется стад ия типичного жгутиконосца (зооспоры?) (род Perkinsus). И у тех, и у других наряду со жгутиками имеются хар актерные органоиды апикального ком­ плекса . Ко второму (Sporozoa) относятся исключител ьно ,,блигатные паразиты со с.:Jожным жизненным циклом, в котором жгутиковая стадия , если и сохраняется, то представлена только микрогаметами. Ниже мы рассмотрим пр едставителей только этого класса. Класс Sporozoa (споровики) Споровики представляют собой хорошо очерченную группу облигатно­ параз итических прот истов, поселяющихся как в беспозвоночных, так и в по­ звоночныхживотных. Среди нихесть полостные паразиты, для ко­ торых средой обитания становятся те или иные полости в теле хозяина (полость
1 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ,wикропо,р а (у.1ьтрацuтосто11) \ митохондрия пел.шку.1а аппарат Гольджи ЭПР Рис. 23. Схема строения зоита тела, полость кишечника и т.д.), и внутриклеточные паразиты, поселяющиеся внутри отдельных клеток животного-хозяина. Для споровиков характерен сложный жи зненный цикл, который обычно включает три последовательные фазы. Первая nредставлена несколькими сменяющими друг друга агамным11 поколениями (м ер о н та м 11), размножающи­ мися путем особого типа почкования - м ер ого н и и. Во время второй ОG.У­ ществляется дифференциация половых особ~ (гам о нто в). формируются гаметы (гам о гон и я) , которые затем копулиру1от. Завершается цикл сп о­ р о го н и е й, то есть формированием из зиготы инвазионных стадий с n о­ р о з о и то в. Так как для споровиков характерна зиготическая редукция, то именmп10 время сnорогонии осуществляется мейоз. Спорогоння протекает под защитой плотной оболочки, которая выделяется на поверхности зиготы. Эта инцистированная стадия называется о о ц и ст о й. Жизненные циклы, которые реали зуются по описанной выше схеме, часто обозначаются как «Лейкартовская триада» по имени выдающегося не­ мецкого паразитолога Р. Лейкарта. Однако у ряда споровиков первая фаза - агамные поколения, размножающиеся мерогонией, - отсутствует. В жизненном цикле таких форм представлены только две фазы: гамогония, завершающаяся
- Споровики - Apicomplexa 75 копуляцией гамет и формированием зиготы, и спорогония. У некоторых наи­ более специализированных представителей этого класса достоверно описано бесполое размножение, а вот наличие полового процесса пока не доказано (Piroplasmida). Общим признаком, объединяющим всех споровиков, является наличие в их жизненных циклах особых расселительных стадиЙ ~о и то B.?J, характе­ ризующихся единым планом строения клетки (см. рис. 23). Это единство обусловлено тем, что у зоитов всегда присутствует апикальный комплекс ор­ ганоидов и связанные с ним структуры. Зоиты, формирующиеся в результате агамного размножения (мерогонии) , называются мер о з о и там и. Они дают начало новым меронтам или дифференцируются в гамонтов. При этом только усиливается зараженность инфицированного организма, так как число паразитов в нем быстро растет, но новые особи хозяев не заражаются. Упоминавшиеся выше спорозоиты, формирующиеся в конце процесса спорогонии, предназна­ чены для заражения новых животных-хозяев. Другие стадии жизненного цикла (меронты, гамонты, гаметы) в большин­ стве случаев апикального комплекса органоидов лишены. У многих споровиков жизненный цикл протекает с участием только одного животного-хозяина. В этом случае ооцисты со спорозоитами рассеиваются во внешней среде. В реали зации жизненных циклов специализированных споро­ виков (Haemosporidia и др.) принимают участие два вида животных-хозяев , один из которых выполняет функции переносчика. Передача инвазионного начала у таких форм осуществляется непосредственно от одного хозяина к другому, минуя внешнюю среду. Класс Sporozoa включает три хорошо обособленных таксона в ранге подклассов: Gregarinomorpha, Coccidiomorpha и Piroplasmida. Ниже приведены характеристики первых двух подклассов. Подкласс Gregarinomorpha (грегарины) Материал. Для знакомства с грегаринами обычно используют представителей рода Gregarina, относящегося к отряду Eugregarinida. Живой материал для занятий получают из "'rучных червей» (личинки жукrn Tenebrio sp.) или из тараканов, культуры которых легко поддерживаются в лаборатории. Обычно удается познакомить студентов с разными стадиями жизненного цикла: одиночными гамонтами, сизиrиями, rамонтоцистами. При отсутствии 1швого материала можно использовать постоянные препараты, окрашенные кармином или ~..~>асителями гематоксилиновой группы. Если позволяет график занятий, то можно продемон­ стр11ровать специализированных грегарин из семейства Monocystidae (преимущественно род \fonocystis) из семенных мешков дождевых червей. В качестве дополнительного материала можно использовать злектронограммы эпнци­ тарной зоны гамонтов грегарин. Подкласс Gregarinomorpha (rрегарины) включает три отряда. Очень арха­ ичные и сравнительно немногочисленн ые представители отряда Arhigregarinida паразитируют преимущественно в многощетинковых кольчатых червях (Polychaeta). Это исключительно полостные паразиты, обитающие в просвете кишечника. Оrряд Neogregarinida объединяет в своем составе как полостных, так и внутри­ к.1еточных паразитов трахейнодышащих членистоногих животных, главным об-
76 Малый практикум по зоологии беспозвоночных разом насекомых. Для представителей эт их двух отрядов характерны <<Триадные» жизненные циклы, включающие все три фазы: мераr:онию, гамогонию, завер­ шающуюся формированием зиготы (ооцисты), и спорогонию. Представителям отряда Eugregarinida, или настоящих грегарин, свойствен­ ны жизненные циклы , характеризующиеся отсутствием (по-видимому, вторич­ ным выпадением) мерогонии и соответствующих агамных поколений меронтов. Заражение хозяина происходит при случайном поедании J:1.М.. QOЦ!:!gJ>I, содержащей восемь спорозоитов. В просвет~_ки.шечника спорозоиты освобожда­ ются и з оболочки ооцисты и либо остаются в кишечнике, либо мигрируют в другие органы. В первом случае они обычно прикрепляются к клеткам кишечного эпителия - энтероцитам, погружая в них свой передний конец. Значительно реже они полностью внедряются в клетки э пителия кишечника. Последующее развитие представляет собой процесс превращения ед0розои1а в r~онт!!, то есть половую особь, коrорая в дальнейшем даст начало гаметам. Паразит растет, его апикальный конец, погруженный в клетку э пителия, превращается в специалпзироwщную прикрепительную органеллу - э n и м е р и т, который обособлен от остального тела перетяжкой. Одновременно с формированием эпимерита происходит полная деграда ция структур апикального комплекса. Тело паразита , остающееся вне клетки хозяина, сильно увеличивается в размерах и у многих видов подразде­ ляется внутренней перегородксй (се п той) на два отдела: передний, более короткий протомерит и задний,длинный дейтомерит. Последний содержит ядро . Очень часто перетяжка между эпимеритом и протомеритом обламывается и гамонт, тело которого состоит теперь только из прото- и дей­ томерита, переходит к свободному флотированию в просвете кишечника. Гамонты еще в период своего роста обьединяются в парочки - с и з и г и и , сохраняя при этом способность двигаться и питаться. Собственно начало по­ лового процесса маркируется морфологической перестройкой rамонтов в составе сизигия. У ни х исч езает граница м ежду прото- и де йтомеритом. Каждый гамонт приобретает форму полусферы, а на их поверхности выделяется общая оболоч ­ ка- гамонтоциста. Внутриrамонтоцистыобагамонтаприступаютк га­ метогенезу. Для многих грегаринхарактерна изоrамная копуляция. Это означает, что оба гамонта дают начало одинаковому количеству морфоло­ гически сходных гамет. Однако у ряда видо в имеет место слабо выраженная анизогамия. Внутри полости гамонтоцисты происходит перекрестная копуляция гамет и формируются многочисленные зиготы. Последние выделяют на своей поверх­ ности плотную оболочку и пр евращаются в ооцисты. Обычно на этой стадии гамонтоцисты выводятся во внешнюю среду. В ооцистах протекает процесс спорогонии. В результате в каждой ооцисте формируется восемь спорозоитов . Какие-либо дополнительные оболочки , защищающие спорозоиты, при этом не образуются. После завершения спорогонии гамонтоцисты разрушаются, и зрел ы е инвазионные ооцисты рассеиваются во внешней среде. В качестве животных-хозяев настоящие грегарины используют практичес­ ки все группы бес по звоночных животных (плоских червей, нематод, немертин, кольчатых червей , членистоногих, моллюсков и т. д.). В позвоночных животных они не встречаются.
Споровики - Apicomplexa 77 ПРЕПАРАТ- Gregarina sp. (рис . 24) Методические указания. На занятиях лучше всего использовать живых грегарин, которых после вскрытия хозяев помещают в физиологический раствор, а затем обычным способом изготавливают временные препараты. При хорошей сохранности клеток можно продемонстрировать не только особенности их морфологии, но и присущий многим грега­ ринам скользящий способ движения. Препараты рассматривают при малом (8") и большом (40") увеличениях микроскопа. Если в материале присутствуют преимущественно одиноч ные гамонты, то препараты, содержащие и другие стадии жизненного цикла (сизигии, гамонто­ цисты), целесообразно представить в виде демонстрации. каудо­ фронmа'lЬный сизuгuй примuт сате.1.1ит эпи.мерит протомерит "'(::~--- септа "......,,__ - дейто.wерuт ,wecmo расположения ядра эктоцит гранулы аwи.10пектина Рис. 24. Gregarina sp" внешний вид сизиrия У свободно флотирующи-х rамонтов Gregarina sp. тело состоит из двух отделов. Более короткий передний называется пр о т ом ер и т ом. Следую­ щий за ним задний отдел знач ительно длин нее. Это де й томе р и т. Граница \lежду протомеритом и дейтомер итом снаружи маркируется очень узкой и н е­ г.tубокой бороздкой; внутри клетки эти два отдела разделен ы особой перего­ родкой - се п т о й. Септа образуется за счет микрофибрилл цитоскелета. У живых rрегарин она имеет вид узкой светлой полоски, разделяющей зерн истую цитоплазму двух отделов .
78 Малый пра кти кум по зоологии беспозвоночных Иногда на препаратах попадаются гамонты, еще сохранившие эпимерит. Обычно это молодые особи, которые при вскрытии кишечника насекомого­ хозяина случайно освободились из разрушенных энтероцитов. Эпимерит имеет вид небольшой овальной и округлой головки, которая в естественном состоянии целиком погружена в цитоплазму клетки хозяина. Поверхностные структуры клетки грегарин очень сложно дифференциро­ ваны. Рассмотреть их детали на светооптическом уровне невозможно. Здесь лишь отметим, что самая поверхностная зон а - эпицит образована узкими, продольно ориентированными пелликулярными гребнями, которым приписы­ вается важная роль в скользящем движении. У хорошо сохранившихся грегарин их иногда удается увидеть как очень нежную , продольную исчерченность. Под эпицитом располагается э к т о ц и т, или эктоплазма. Это тонкий прозрачный слой, не содержащий гранул. Основной объем клетки занят э н д о ц и т ом, или эндоплазмой. В последнем содержатся гранулы резервного углевода - а м и­ л о п е кт и н а, который раньше назывался парагликогеном. У молодых, не очень крупных гамонтов количество этих гранул относительно невелико , и лежат они достаточно рыхло. В силу этого обстоятельства эндоцит кажется светлым, а иногда, у совсем маленьких гамонтов, почти прозрачным. В подобных случаях может быть хорошо видно расположенное в дейтомерите ядро. Оно имеет вид светлого тонкостенного пузырька. У крупных старых гамонтов гранул амилопектина в эндоплазме отклады­ вается так много, что последняя становится совершенно непрозрачной и на фоне яркого поля зрения микроскопа кажется черной. Ядро у таких особей рассмотреть не удается. В средней части дейтомерита можно увидеть лишь размытое светлое пятно, соответствующее .месту расположения ядра. Наряду с одиночными гамонтами на препаратах достаточно часто встре­ чаются и парные ассоциации гамонтов - сизигии. Для представителей рода Gregarina характерны так называемые каудо-фронтальные сизи­ г и и, в которых два гамонта располагаются один за другим. При этом задний конец дейтомерита первой особи прочно соединяется (но не сливается!) с протомеритом второй. Первая особь в этой цепочке называется пр им и т ом, а вторая- сателлитом. Несколько реже встречаются гамонтоцисты , находящиеся на разных этапах гамогонии. Они округлой формы. Внутри толстой оболочки можно различить либо двух гамонтов, либо уже гаметы. В этом случае содержимое гамонтоцисты выглядит мелкозернистым. Иногда в этой массе удается рассмотреть два круп­ ных остаточных тела. ПРЕПАРАТ - э пицит грегарин (электроногр амм ы) (рис. 25, 1, 2; табли ца V приложения) Методические указания. На занятиях в качестве самостоятельного препарата студентам предлагается электронограмма поперечного среза через кортикальную зону га­ монтов настоящих греrарин (род Gregarina и др . ) . Электронно -м икро скоп и ческую фото­ графию (см. приложение, табл. 'μ следует внимательно рассмотреть и зарисовать в альбоме схему.
Споровики - Apicomplexa 79 la пе.;t.1икулярные гребни аиюопектиновые грану,1ы эпицит { жтоцит { эндоцит { 16 Рис. 25. Эпицит Gregarina sp.: 1 - общий вид (а - электронограмма, б - схема) На предлагаемой электронограмме хорошо видны особенности организации t..-ортикальной зоны цитоплазмы гамонтов настоящих rрегарин (рис. 25, 1, 2). В отличие от многих других простейших у грегарин выделяют три зоны: э п и­ Чит, эктоцит и эндоцит. Эктоцитиэндоцитсоответствуюттради­ ционным экто- и эндоплазме других простейших. Эктоцит представлен гетеро­ генной цитоплазмой, содержащей многочисленные включения, которые разли­ чаются по форме, размерам и электронной плотности. Граница между эктоцитом 11 расположенным глубже эндоцитом четко маркируется распределением а м и л о­ пектиновых гранул- последниезалегают,какуже говорилось выше, только в эндоците. Эпицит же настоящих грегарин - это уникальная структура, не встречающаяся за пределами рассматриваемого таксона. Собственно эпицитом называют совокупность относительно узких и вы­ соких гребней, тянущихся вдоль всего тела грегарины от ее переднего до самого заднего конца. Гребни отделены друг от друга узкими , иногда почти щелевидны-
80 внутренний мембранный ко.wплекс :жтоцит Малый практикум по зоологии беспозвоночных ,Рис. 25 (прододжеиие): 2а продолы1ые .никрофюа иенты п.1аз.wа1е.и,11а «6аза1ьная n.7астинка» вк.1ючения эктоцита 26 2 - строение гребней эпицита (а - электронограмма, б - схема). Оригинальные фото Т. Г. С им дя нова
Споровики - Apicomplexa 81 ми промежутками (рис. 25, 1, 2). Снаружи гребни одеты, как и у всех споровиков, трехмембранной п ел л и к ул о й - самое п оверхностное положение занимает плаз.малемма, под которой залегает внутренний ,\tе,ибранный к о .м п л е к с. Промежуток между мембранами этого комплекса (просвет аль­ веолы) н а электронограмме выглядит как узкая светлая полоска. Самая внутренняя (третья) мембрана снизу подостла на слоем электронноплотноrо м ате ри ала. Вдоль верш и ны каждого гр ебня , располагаясь между плазмалеммой и внутренним мембранным комплексом, тянутся .ми кр о фи .7 а ,не н т ы (на приводимой электронограмме поперечного среза он и имеют вид коротких тем­ ных столбиков). В этой же области залегает еще одна группа микрофиламентов, но на предлагаемой фотографии ее не видно. Считается, что микрофиламенты каким -то образом участвуют в ундуля ц и и гребней эпицита. Внутренний объем гребней зап ол н ен светлой гранулированн ой цитоплазмой, которая, как правило, не содержит ни каких. ор ганоидов. Э пи ч и т отделен от эк точит а пласти н кой, построенной из гомо­ генн ого электр онн о плотного м атериала. Это образова н ие иногда называют «6 а­ з аль ной плас т ин к ой» (не п утать с внеклеточной структурой - базаль­ ной пластинкой м ногоклеточ ных). Базальная пластинка фактически полностью отсекает цитоплазму, заполняю щую греб ни, от эктоцита. Цитоплазма последнего более гранулирована, чем в гребнях. Род Gregarina (nm Apicomplexa , класс Sporozoa, подкласс Gregarioom orph a. отряд Eugregarinida, семейство Gregarioidae) объеди няет более 300 видо в, паразитирующих в на­ секомых. Грегарин ы этого рода связан ы с клетками эпителия кишечника насекомого-хозяина относительно короткий промежуток времени и никогда не внедряются в клетку целиком . К энтероцитам они прикрепляются с помощью эпимерита, форма которого варьнрует от шаров ид н ой до цили н дрической. Молодые га м онты , как правило, утратившие эп имерит и пере­ шедшие к свободному флотированию в просвете кишечника хозяина, до воль но рано объединяются в сизипн1. Однако и после форм11рования таких парны х ассоциац11ii паразиты продолжают активно питаться и расти . Только крупн ые зрелые сизип111 формиру­ ют rамо нтоци сты. м~rrоти ческ и е делен и я ядра каждого и з гамо нтов, н аходящихся в гамон­ тоцисте, и последующее обособле н ие ц и топлазмы вокруг каждого ядра приводит к образо­ ван и ю rамет. После завершения процесса формирования rамет остаются большие участки не11спользованной цитоплазмы гамонтов - о ст ат о ч н ы е тел а, которые в дальнейшем играют важную роль в процессе рассеи вания зрел ых ооцист во внеш ней среде. П оловой процесс осуществляется по типу анизоrамной копуляции. Гамсты , хотя и образуются примерно в равном количестве нз обоих rамонтов, немного отличаются друг от друга по своим морфологически м особенностям. Форма зрелы х ооцист варьирует у разных видов. О ни могут быть сфер и ческими, .1одоч"-овидными , бочонковидным11 . Пока в ооцистах протекает процесс спорогоннн. в гам о н­ тоцисте формируются ввернутые внуrрь трубочки - с п о р од у кт ы. Когда в ооцистах заканчивается формирован ие спорозоитов, внуrри гамонтоцисты резко возрастает давлен ие (это достигается с помощью остаточных тел) . Спородукты выворачиваются наружу, н по ним ю полости гамонтоцисты в виде длинных цепочек выбрасываются ооцнсты. Такое активное рассеивание инвазионного начала во внешней среде повышает вероятно сть заражения нов ых животных-хозяев.
82 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Под кл асс Coccidiomorpha (кокцид иеобразные) Материал. Знакомство с этой группой традиционно осуществляется на примере представителей отряда Coccidiida, в состав которого входят возбудители ряда широко распро­ страненных заболеваний человека, домашних и диких животных. В первую очередь речь идет о семействе Eimeriidae и, в частности, о роде Eimeria. Это доступный материал, так как можно использовать виды, паразитирующие в разных животных - кроликах, цыплятах, мышах и т. д. Для изготовления препаратов используются пораженные участки кишечника сильно инвази­ рованных животных. Изучение практически всех стадий жизненного цикла кокцидий удобнее всего проводить на гистологических срезах. Наиболее информативны срезы, окрашенные гематоксилином Гейденгайна. В качестве источника спорулированных ооцист используют фекалии зараженных жи­ вотных. Их длительное время можно сохранять в 2% -ном растворе двухромовокислого калия (хромпике, ~Сг207). Содержание ооцист в хромпике не препятствует их споруляции, но предотвращает разв и тие бактериальной флоры. Для более полного знакомства студентов с характерными особенностями организации кокцидий следует использовать электронограммы продольных и поперечных срезов зонтов. Видовая при н адлежность используемого материала в данном случае особой роли не играет, так как важно продемонстрировать план строения, присущий этой стадии развития споровиков и не встречающийся за пределами типа Apicomplexa. Основная масса видов Coccidiornorpha паразитирует в позвоночных животных. Круг хозяев охватывает представителей всех классов - от рыб до человека включительно. Значительно реже в качестве животных-хозяев кокцидие­ образн ые ис пользуют беспозвоно ч ных живот н ых (при апулид, членистоногих, моллюсков). Все Coccidiornorpha за редкими исключениями являются о б л и га т н ы­ ми внутриклеточными паразитаM..JI. Разные виды развиваются в разных клетках животного-хозяина: энтероцитах кишечника, эритроцитах и других форменных элементах крови, мышечных клетках и т. д. Поселяясь внутри клеток хозяина, паразиты не контактируют непосредственно с их цитоплазмой. Обычно они локализуются в особых вакуолях, ограниченных мембраной. Это такназываемые паразитофорные вакуоли. Жизнен ные ц и клы абсолютного большинства известных в настоящее время кокцидиеобразных включают все три фазы «Лейкартовской триады» и реализу­ ются с участием одного или двух животных-хозяев. Агамное размножение может осуществляться в нескольких формах. Это могут быть типичная мн о жест­ венная мерогония, эндодиогения ит.д.Дляполовогопроцесса характерна оогамная копуляция. Одинмикрогамонтдаетначаломно­ жеству очень мелких микрогамет, которые формируются на поверх ности круп­ ного остаточного тела. Макрогамонт без дополнительн ых прегамных делений целиком трансформируется в макрогамету. Морфология ооцист и их последующая судьба у разных видов немного различается. У видов рощ~ Eimeria в ооцисте под защитной оболочкой отпоч­ ковываются четыре относительно крупных с п о р о б л а с т а. При этом часто остается небольшое о с т ат о ч н о е тел о округлой формы. Каждый споро­ бласт одевается дополнительной защитной оболочкой, в результате чего в ооцисте формируется четыре спор о цисты. Чуть позднее внутри каждой спороци- -
Споровики - Ap icomplexa 83 сты споробласт дает начало двум с п о р о з о и т а м и небольшому остаточному тельцу. На этом фаза спорогонии заканчивается, и ооuиста становится инвази­ онной. У ряда форм (роды Jsospora, Toxoplasma и др.) изначально формируются только два споробласта, которые затем и превращаются в две спороцисты. Но зато в каждой спороцисте формируются не два, а четыре спорозоита. У кровяных споровиков (Haemosporidia), также включаемых в состав Coccidiomorpha, спо­ роцисты вообще не образуются, и многочисленные спорозоиты свободно лежат в полости ооцисты. В одних случаях (род Eimeria) для успешного завершения спорогонии требуется кислород , поэтому ооцисты обязательно должны некоторое время находиться во внешней среде, прежде чем они достигнут инвазионного состо ­ яния . В других же - спорогония не столь зависима от наличия кислорода и целиком завершается в хозяине. Во внешнюю среду сразу же выводятся инва ­ зионные ооцисты . В состав подкласса Coccidiomorpha обычно включают несколько отря­ дов - Coccidiida, Adeleida, Haemosporidia и др. Перечень этих таксонов, а также их состав до сих пор являются предметом научных дискуссий. Ниже мы рас ­ смотрим лишь представителей отряда Coccidiida. ПРЕПАРАТ - внутриклеточные стадии жизненного цикла Eimeria sp. (рис . 26 , А-И) Методические указа ния. Для з накомства с разными поколениями жизненного цикла кокцидий луч ше всего и спользовать гистологические срезы, окрашенные железным гематок­ силином. Так как пои ск нужных стадий на срезах требует времени и определенных навыков , то целесообразно перед занятием подготовить соответствующую демонстрацию на нескол ьких микроскопах. Учитывая очень мелкие размеры эт их паразитов, крайне желательно исполь­ зование осветителей с регулируемой диафрагмой и таких моделей микроскопов, которые позволяют устанавливать свет по Келлеру. Совершенно необходимо использовать иммерси­ онные объективы (90\ 1оох). Обычно на одном препарате удается найти участки, где одно­ временно присутствуют 2-3 стадии жизненного цикла . Ниже приводится описание срезов стенки кишечника кролика, зараженного Eimeria magna. Обычно при изучении срезов кишечника кролика, зараженного Eimeria magna или любым другим видом этого рода, бросается в глаза, что в поле зрения микроскопа одновременно присутствуют самые разные стадии жизненного цикла паразита (рис 26, А). При этом они часто образуют более или менее однород н ые по составу группы - молодые меронты, заключительные этапы мерогонии , ра­ стущие и зрелые макрогамонты. Особенно многочисленны на препаратах разные стадии мерогонии и макрогаметогенеза. Микрогамонты, как правило , встречаются Значительно реже и не образуют сколько-нибудь значительных скоплений. По ­ следуюи.;,ее детальное описание объектов, которые необходимо изучить на занятии, приводится в порядке их формирования в процессе реали зации жизненного цикла. Развитие меронтов и мерогония (рис.26, Б-f). Внедрив­ шиеся в энтероциты споро- или мерозоиты округляются, теряют при этом
84 Малы й практикум по зоологии беспозвоночных апикальный комплекс органоидов и превращаются в меронтов. Еще в процессе внедрения вокруг них формируется паразитофорная вакуоль, в которой они и локализуются. Самые молодые одно ядерные . 11 ер он т ы (рис. 26, Б) имеют вид небольших округлых тел. Цитоплазма равномерно окра шена в серо­ голубой цвет. Центральное положение в клетке занимает интенсивно окраши­ вающееся я др о. Последнее имеет вид округлого или овального тельца черного цвета. Вокруг клетки паразита всегда хорошо выражен о светлое пространство. Это11араз 11тофорная вакуоль, которая занимаетзначительную часть объема клетки хозянна. В последней , однако, еще сохраняется и функционирует ядро. М11огоядерные ,11ероит ы (рис. 26, В) возникают в результате деле ния ядра , не сопровождающегося разделением цитоплазмы на отдельные участки. Многоядерные меронты заметн о крупнее одноядерных. В их гомоген­ ной цитоплаз.\1е свободно располагается несколько я д е р. Обычно в плоскости среза их оказывается не более десятка. Вместе с ростом параз11та увел11чивается и объем 11арази111офорной вакуоли. Зрелые многоядерные меронты приступают к процессу бесполого размно­ жения, который часто обозначается как «сегментация», а по сути своей пред­ ставляет собой настоящее почкование, или мерогонию. На поверхности много ­ ядерного меронта формируются серповидной или сигаровидной формы почки - мерозоиты, в которые заходят ядра. Некоторое время уже почти полностью сформированные мерозоиты остаются связанн ы ми с небольшим остаточным телом (неиспользованной цитоплазмой мерон'!а). Эти завершаюшие зталы мерогонии чаще всего и встречаются на препаратах. На срезе (рис. 26, I) в полости очень большой парази111офорной вакуоли можно увидеть пакеты плотно у пакованных . 11 ер о з о и т о в, располагающихся в виде грозди бананов. В па­ кете насчитывается до нескольких десятков мерозоитов. Их мелкие, интенсивно окрашенные я др а располагаются на одном уровне. Если о с 111 а т о ч н о е т ед о попало на срез, то оно всегда лежит на одном из полюсов пакета и имеет вид почти черного округлого тельца. Н екоторы е слож н ости могут возникнуть с трактовкой наблюдаемых кар­ тин в тех случаях, когда небольшой пакет мерозоитов оказывается перере­ занным поперечно на уровне расположения ядер. Внеш н е эти образования напоминают мноr оядерных меронтов. Од нако при хорошей настройке микро­ скопа можно рассмотреть границы отдельных мерозоитов, плотно упакованных в пакет. Ра зв итие гамонтов и созревание га мет (рис.26,Д-З). После нескольких циклов агамного размножения мерозоиты, внедряясь в клетки эпи­ телия кишечника, дают начало гамонтам - макрогамонтам и микрогамонтам. Самые начальные стадии развития гамонтов очень похожи на ранние этапы формирования меронтов. Они округлой формы, одноядерны и располагаются в паразитофорных вакуолях. Однако по мере их роста и специализации различия проявляются все более и более отчетливо. Разв11вающийся ,11акрогамонт (рис.26,Д)остаетсяодноядер­ ным.Внутри 11аразитофорной вакуоли клеткихозяинаонпостепен­ но увеличивается в размерах, сохраняя п ри :>Том и сходную сфери ческую форму.
Споровики - Apicomplexa ядро грану.1ы остаточное тело гранулы ядрышко Б ядрышко ,10nacmu ядра А ядрышко и Рис. 26. Eimeria sp., внуrриклеточные стадии жизненного цикла: А - общий вид участка кишечного Jnителия; Б - одноядерный меронт; В - многоядерный меронт; Г - пакет мерозоитов; Д - макрогамонт; Е - макрогамета; Ж - зрелый микрогамонт; 3 - образование микрогамет; И - молодая ооциста 85 ядро
/86 Малый практикум по зоологии беспозвоночных В цитоплазме макрогамонта появляются включения (гран ул ы). Сначала их не очень много, но со временем они становятся весьма многочисленными. Исходно они распределены по всему объему цитоплазмы почти равномерно. Сами гранулы отчетливо разделяются на две группы: хроматоидные белковой природы и пластиноидные rлюко-протеиновые. Хроматоидные гранулы окрашиваются на срезах более интенсивно, чем пластиноидные. Расположенное в центральной части клетки я др о по мере роста макрогамонта увеличиваета1 в размерах. Оно пузырьковидного типа с крупным интенсивно окрашенным я др ы ш к ом и совершенно прозрачной кариоплазмой. Окончательное превращение макрогамонта в мак рог а мет у (рис. 26, Е) сопровождается изменением формы клетки - из округлой она становится овальной. Хроматоидные и пластиноидные гр а ну л ы постепенно смещаются на периферию клетки, тогда как центральная зона цитоплазмы, в которой расположено я др о с я др ы ш к ом, становится светлой и почти прозрачной. Молодые микрогамонты практически не отличимы от сходных стадий развития меронтов и макрогамонтов. Это одноядерные округлой формы тельца, лежащие внутри паразитофорных вакуолей. Однако очень рано в них начинается процесс деления ядра, и они становятся многоядерными. От многоядерных меронтов их отличает одна характерная особенность - с самого начала все образующиеся ядра занимают периферическое положение в клетке. Кроме того, развивающийся микрогамонт достаточно рано становится лопастым. З р ел ы й м и кр о г а­ м о н т (рис. 26, Ж) выглядит как скопление округлых или овальных тел (л о п а ст е й) , в кортикальной зоне которых в один слой расположены мно­ гочисленные и очень мелкие я др а. Сформированные м и кр о г ам е т ы (рис. 26, З) отпочковываются от поверхности микрогамонта. При этом остается крупное о ст а то ч н о е т ел о - часть цитоплазмы микрогамонта, не использованная при формирова­ нии микрогамет. Рассмотреть детали этого процесса на обычных гистологичес­ ких срезах невозможно . Тем не менее, остаточное тело хорошо заметно . Оно неправильной формы, хотя контуры его сглажены и отдельные лопасти нераз­ личимы. Цитоплазма остаточного тела почти прозрачна и имеет отчетливо выраженную волокнистую структуру. На поверхности остаточного тела лежат многочисленные (у вида Е. magna 750-1000) волосовидные микрогаметы . Собственно говоря , хорошо различимы лишь их вытянутые в длину, слегка изогнутые и интенсивно окрашенные ядра . Молодая оочиста (рис. 26, И). После оплодотворения вокруг зиготы окончательно формируется защитная оболочка. Инцистированная з игота становится о очи с т ой. Рассматриваемый вид (Е. magna) обладает крупными ооцистами овальной формы. О6олочка оочисты окрашена в желтова­ тый или светло-коричневый цвет. На одном из ее полюсов располагается неболь­ шое отверстие - микропиле. -края оболочки вокруг микропиле немного утол­ щены, а само микропиле закрыто полярной шапочкой. Цитоплазма зиготы , пра ктически лишенная каких-либо включений , прозрачна и занимает весь объем ооцисты. В центральной части расположено крупное пузырьковидное я др о с ядрышком.
Споровики - Apicomplexa 87 ПРЕПАРАТ - спорулированная ооциста Eimeria magna (рис. 27) Методические указания. Кусочки фекалий, содержащие спорулированные ооцисты, измельчают в воде и из этой взвеси изготавливают временные препараты. Как и при работе с гистологическими срезами (см. Методические указания к предыдущему препарату) для просмотра препаратов лучше всего использовать иммерсионную оптику и соответствующие осветительные приборы. спороцuс та спорозоuты полярная июпочка остаточ11ое те.10 остаточное те.10 спороцисты · светопрело,\1ЛЯЮЩее те11ьце Рис. 27. Eim eria magna, спорулированная ооциста Ооциста овальной формы. На одном из полюсов расположено микропиле. Края стенки ооцисты вокруг микропиле немного утолщены и образуют подобие небольшого воротничка. Микропиле сверху прикрыто п о ля р н о й ша п о ч­ к ой. Внутри ооцисты хорошо видны четыре овальные сп о р о ц и ст ы (по старой терминологии - споры) и крупное, хорошо заметное о ст ат очное т ел о о о ч ист ы. Чаще всего оно имеет правильную сферическую форму и грубозернистую структуру. Если оно оказывается расположенным поверх спороцист, то рассмотреть строение последних становится затруднительным. Соответственно при предварительном просмотре препарата нужно стараться найти такие ооцисты, в которых остаточное тело располагалось бы сбоку или под спороцистами. Внутри каждой спороцисты, образованной тонкой, но прочной оболоч ­ кой, лежат два спор о з о и т а. Они ориентированы навстречу друг другу. В расширенной части спорозоита располагается небольшое с в е т о пр е­ .1 о ;11 л я ю щ ее т ел ь ч е белковой природы . Кроме спорозоитов внутри
88 Малый практикум по зоологии беспозвоночных спороцистыобычноимеетсяокруглоезернистое остаточное тело споро­ ц исты. Иногда на препаратах попадаются еще н еспорул ированные ооцисты. Стро­ ением оболочки и полярной шапочки они ничем не отличаются от спорулиро­ ванных, а вот содержимое выглядит совсем иначе. В результате дегидратации цитоплазмы зигота сильно уменьшается в объеме и приобретает вид небольшой плотной сферы, свободно лежащей в полости ооцисты. Цитоплазма становится почти непрозрачной , и сквозь нее едва просматривается еще не приступившее к постгамным делениям (мейозу) единственное ядро. ПРЕПАРАТ - тонкое строение мерозоита кокцидий (продольные срезы , электронограммы) (рис. 28 , 1, 2; таблица VI приложения) Методические указания. Для знакомства с тонким строением мерозоитов кокцидий используют электронограммы как продольных, так и поперечных срезов. Если на срез не попала микропора или какие-то другие важные детали организации мерозоита, то можно предлагать студентам монтаж из нескольких фотографий, содержащих необходимую инфор­ мацию (см. при ложение, табл. Vl). В качестве объектов можно использовать мерозоитов разных видов кокцидий - Eimeria spp., Toxoplasma gondii, Sarcocystis spp. и др. В меньшей степени для этой цели подходят зоиты Haemosporidia и Piroplasmida, у которых отсутствует коноид. При изучении электронограмм полез но еще раз обратиться к рис. 23 (см. с. 74). Тело мерозоита, как правило, слегка изогнуrо. Его передний конец слабо заострен, тогда как задний немного сужен и плавно закруглен. Паразит заключен в паразитофорную вакуоль. Ограничивающая ее мембрана образует многочисленные изгибы, благодаря чему расстояние между ней и поверхностью клетки заметно изменяется - в одних местах она почти вплотную прилегает к плазмалемме мерозоита, в других же - отходит от нее на значительное рассто­ яние (рис. 28, 1). Так как предлагаемая фотография сделана при небольшом увеличении, то рассмотреть детали строения п е л л и к ул ы мерозоита не представ­ ляется возможным - плазмалемма и внутренний мембранный комплекс выглядят лишь как две параллельные темные линии. Не различимы на этой фотографии и продольные микротрубочки, подстилающие внутренний мембранный комплекс. Самый передний конец клетки паразита ограничен только плазмалеммой. Здесь в «разрыве» мембран внутреннего комплекса залегает к о н о и д (рис. 28, 1, 2) . Так как срез прошел через его середину, то на электронограмме он имеет вид двух широко расставленных, относительно коротких электронноплотных линий. Они расположены под небольшим углом друг к другу - расстояние между их передними концами несколько меньше, чем между задними. Значительную часть объема передней половины клетки занимают р оп­ т р и и и м икр он ем ы. Роптрии чаще всего имеют вид сильно вытянутых, ограниченных мембраной мешковидных образований. Более узкие передние концы роптрий проходят внутри коноида и заканчиваются на апикальном конце клетки около поверхностной мембраны (рис. 28, 1, 2). За коноидом роптрии заметно расширяются . Весь их объем заполнен электронноплотным содержимым
Споровики - Apicomplexa 89 1 /а ," .... .. .. .. :·: ·.: .:- . ... ·: :: -.. ··.·· .. 1'011цевые .\·частки :нектро111ю­ п.1отное КО.1ЬЦО ядро 11ара1итофор11Ш1 вауко.1ь 16 Рис . 28. Тонкое строен ие мерозоита кокц 11дий: продоль ны й срез, общий вид (а - )Лектронограм'-tа. б схе,1а) (рис. 28. 2). Так как роптрии лежат в мерозоите свободно н могут быть доволь но сил ьно изогнуты , то на срезах, будучи перерезан ными косо ил 11 почти строго поп ер ечно, они имеют вид овальных 11 округлых )Лектронноплот ны х тел . Вокру г роптрий располагаются многочисленные электрон ноплотные микро­ немы (рис. 28, 2). На 'Электронограммах в зависимости от того. как по отношению к ним прошла плоскость среза, они имеют в ид л ибо и зогнуты х нитей, либо округлых нли овал ьных телец. Они значительн о тоньше роптрий , и их диаметр сопоставим только с д иаметром конце вы х у ч астков протоков п ослед ни х. На боковой поверхности мерозоита расположе на так называемая . 11 икр о­ п ор а (рис. 28, 1). Это небольшое круглое в поперечно'' сечении впячивание плазмал еммы . которое наск возь пронизывает внутре нн ий мембран ный комплекс .
90 Малый практикум по зоологии беспозвоночных 2а ,wuкроне.мы пел.шкула ponmpuu 26 Рис. 28 (продолжение!- 2 - роптрии и микронемы (а - электронограмма, б - схема). Оригинальные фото Т. В. Бейер
Споровики - Apicomplexa 91 Мембраны комплекса по краям образовавшегося отверстия немного отвернуты внутрь и образуюr невысокий воротничок. В этом месте обычно откладывается электронноплотный материал в виде относительно толстого кольца, внутри ко­ торого располагается впячивание поверхностной. мембраны. Так как в рассматрива­ емом случае срез прошел практически через середину микропоры , то э л е к­ трон.н.оплотн.ое кольцо имеетвиддвух немноговытянутых вдлину «черных» телец, расположенных по бокам от впячивания. Остальные структуры, легко читаемые на электронограммах, представлены тип ичными для всех остальных Eukaryota органоидами. В задней половине клетки располагается ядро (рис. 28, /). Оно может занимать срединное положение, а может быть немного смещено назад. Иногда это только кажущееся смещение. Если срез прошел не строго продольно, а немного наискось, то настоящий задний конец на электронограмму не попадет. В этом случае то, что визуально воспринимается как задний ко'Нец, на самом деле таковым не явля­ ется - это всего лишь перерезан н ая где-то позади ядра боковая поверхность мерозоита. Настоящий задний конец тела хорошо маркируется относительно широким разрывом внутреннего мембранного комплекса и расположенным по 1 его краю дистальным полярным кольцом. Ядро окружено двухмембранной оболочкой, содержит крупное ядрышко и довольно много скоплений гетерохроматина. Так как митохондрия, расположенная в теле мерозоита, образует неболь­ шие изгибы и короткие ветви, то на срезе обычно можно рассмотреть отдельные ее участки в виде нескольких овальных или удлиненных профилей (рис. 28, 2). Кроме того, в цитоплазме имеются каналы ЭПР и разного типа включения (липидные капли, гранулы амилопекина и др.). Представители рода Eimeria (тип Apico mplexa, класс Sporozoa , подкласс Coccidiomorpha отряд Coccidiida , семейство Eim eriid ae) паразитируют у самых разных позвоночных живот­ ных, начиная с рыб. Особенно велико их разнообразие у птиц и млекопитающих . Некоторые виды относятся к числу возбудителей опасных заболеваний (эймериидозов) домашних жи­ вотных (кур, кроликов и др.). Большинство видов эймерий паразитирует в пищеварительном тракте животных хозяев, поражая в первую очередь энтероциты. Иногда клетки , инвазиро­ ванные определенными стадиями (например, многоядерными меронтами или развивающимися \tакрогамонтами), могут вытесняться в субэпителиальную зону. Некоторые виды эймерий поражают друп1е органы. Достаточно часто паразиты поражают мезентериальные лимфати­ ческие узлы. Е. stiedae поселяется в эпителии желчных протоков кроликов, а Е. truncata - в эпителии почечных канальцев гусей. Заражение животных-хозяев всегда осуществляется перорально при случайном прогла­ тывании инвазионных спорулированных ооцист. Спорозоиты, освободившиеся от защитных оболочек ооцисты и спороцист, внедряются в спе цифичные для них клетки хозяина. В процессе внедрения вокруr паразита формируется паразитофорная вакуоль . Мембрана, оrра­ ю1чи11ающая эту вакуоль, будучи по происхожде нию мембраной клетки хозяина, тем не ~1енее так модифицируется паразитом , что фактически обеспечивает его нормальное существование и развитие в клетке хозяина. Оказавшись внутри паразитофорной вакуоли, спорозоит претерпевает своего рода «ме­ таморфоз». Большинство органоидов апикального комплекса подвергается частичной или полной разборке. Это относится и к внутренним мембранам пелликулы (альвеолам), и к субпеллику­ :1ярным микротрубочкам. Утративший элементы кортикального цитоскелета паразит теряет ха­ рш.1ерную вытянутую форму и округляется, превращаясь в округлого одноядерного меронта.
92 Малый практикум по зоологии беспозвоночных У паразитирующей в кишечнике кролика Е. magna на развитие особей первой агамной генерации уходит четыре дня с момента заражения. Всего агамная часть цикла этого вида включает смену четырех или пяти поколений меронтов. Последняя (четвертая или , возможно, пятая) генерация приступает к размножению на восьмой день после заражения. Начиная с пятого дня после заражения, то есть после завершения первой мерогонии , появляются и ГJ ервые гамонты. Они воз никают в результате того, что не все образовавшиеся мерозоиты дают начало новому поколению меронтов. Определенная их часть превращается в гамонтов. То же самое повторяется и в следующих циклах мерогонии. Таким образом, в одном хозяине одновремен но продо11жается агамная пролиферация паразитов, что приводит к усилению его заражения, и осуществляется половой процесс, завершающийся образованием ооцист, предназначенных для инвазирования новых животных-хозяев. Как уже говорилось выше, ооцисты эймерий спорулируют только во внешней среде в аэробн ы х условиях. Продолжительность процесса споруляции в зависимости от внешних условий составляет 2- 5 дней .
ТЕМА: РЕСНИЧНЫЕ , ИЛ И ИНФУЗОРИИ (тип Ciliophora) Тип Ciliophora объединяет rетеротроФ.!:J.Р•Х. преимуществе+ж0-сваб~u_ножи­ вущих.. nротист9в.. обильно представленных в морской, пресноводной и почвен­ ной фаунах. Паразитических инфузорий относительно немного. хотя среди них встречаются и крайне специализированные формы. Согласно современны\1 пре..:~­ ставлениям, и нфузории входят в группу Alveolata (см. с. 72). Среди одноклеточных протистов Cili ophora характеризуются наиболее слож­ ным строением. Их внешняя морфология очень разнообра зна. Для них в целом характерны следующие признаки. 1. Всем инфузориям свойственен..eeGJ;iJ1~11ый_!!0!5poв. Совокупность ресничек на теле инфузории обозначается как ц 11 л и ат у р а. У по..:~авляющего большин­ ства инфузорий р е ~ u .1i..!:UU;1 присуrствуют на поверхности клетки на протяжеюш всей жизни индивидуума . У небольшой группы сосущих инфузорий (Suctoria). представленных хищниками, комменсалами или параз~пами. ресничный аппарат имеется лишь у короткоживущих , активно плавающих, расселительных стадий. Цилиатура обычно дифферен цирован а на две основные части - с о м а­ тическую и околоротовую. Реснички на поверхности тела инфу­ зорий, как правило, располагаются продольньши или косо распо;юженными рядами. Эти ряды называются к и н е та м и. Реснички в составе одной кинеты работают строго согласованно. i<роме ~. реснички могут группироваться в относительно крупные «надресничные» агрегаты - мембране л л ы, м ем­ б раны, цирры. 2. Покровные структур ы и нфузорий включают альвеолШ?ную пелликулХ и к орт икал ь н ы й J.!..И то с к..е..л. е Т,,; (к арт е к,е1 . Пелликула образована, как уже говорилось выше, плазмалеммой и подстилающими ее мембранными пузырьками - альвеолами. Между альвеолам.и располагаются к~ес- - ничеj\. Кинетосо~1ы и связанные с ними структуры обозначаются как к и н е­ т и д ы. Если кинетосомы залегают поодиночке , их называют м о н о к и н е­ тидами. Очень часто они объединяются по две-это дикинетиды (рис. 29, А). Моно- и дикинетиды образуют упоминавшиеся выше кинеты (ряды ресничек) (рис. 29, Б) или цирры (пучки ресничек). Если объединяется большое количество кинетид, то формируемые ими структуры называются п о л 11 к и н е­ тидами. Заихсчетформируются мембраны и мембранелJJы. 3. С кинетосомам!!_связэны корещv1, залегающие в субальвеолярной зоне параллельно поверхности тела . Обычно от одной кинетосомы отходят три корешка (рис.29, А). Один, называемый кинетодесмальной фибриллой, направлен вперед и тянется параллельно кинете. Два других построены из микротрубочек. Трансверсалъный (тоестьпоперечный) микротру- 6очковый корешок направлен в сторону соседней кинеты, тогда как по ст ц ил и ар н ы й (то есть расположенный позади ресш1чки) м 11 кр о­ трубочковый корешок ориентирован к заднему ко~щу тела. Кроме корешков в этой зоне располагаются и другие микрофиламенты и микротру­ бочки. Они могут выполнять как чисто опорную, так и сократ11тельн) ю функции.
94 Б Малый практикум по зоологии беспозвоночных кинетосомы постцилиарный микротрубочковый кинетодесмальный корешок А }кинета } кинета Рис. 29. Схема строения кинет инфузорий: А - дикинетида; Б - дикинетиды в составе кинет 4. В кортикальной зоне располагаются особые органоиды - эк ст .Q.Y- c о м ы - У инфузорий они-представлены несколькими типами и выполняют различные функции. Обычно их рассматривают как 012.ганоиды нападения.,J!-За­ щиты. 5. Инфузории, за редким исключением, характеризуются наличием сложно дифференцированной трофической системы органоидов. В ее состав входят специализированные участки ресничного аппарата, ц и то ст ом , пищевари­ тельная зона цитоплазмы, в которой пищеварительные вакуоли перемещаются по достаточно постоянным траекториям, и, наконец , 1~,и т р пр о кт.. или кле­ точная порошица. У наиболее специализированных форм пищеварительная зона цитоплазмы обособлена в отдельный компартмент с помощью микротрубочек. 6.-Ос.мореrу~~.яюрю.~й зппар;ц- клетки представлен одной или несколькими сократительными вакуолями, представляющими собой сложные комплексы. -0бычно-~<:аждая такая «Вакумь» состоит из одного или нескольких п р и в о­ дящих каналов и резервуара сократительной вакуоли. Положение этих комплексов в клетке достаточно жестко фиксировано, так как
Инфузории - Ciliophora 95 опорожнение резервуаров осуществляется через специальные «Э к._с к_р е то р­ нЫе ПОрЫ». 7. Для всех инфузорий характерен яде рды й. д у а ДJ:',з м, или ядер­ н ы й гетер ом о р ф и..з м. Это означает, что ядерный аппарат обязательно включает ядра двух типов - крупные , так называемые вегетативные ядра, или маJ<ронуклеусы, и мелкие генеративные ядра, или ми"хр~ле­ у с ы. Различия между макро- и микронуклеусами не исчерпываются лишь ---- разницей в размерах и выполняемых функциях. Они значительно глубже и затрагивают геном клетки. Микронуклеусы - это диплоидные ядра , тогда как макронуклеусы у многих инфузорий содержат неполный набор генов, но зато имеющиеся гены амплифицированы и представлены огромным количеством копий. 8. Размножаются инфузории только агамно. Чаще всего это бю~ное поперечное деление. После расхождения дочёРн'ие "клетки претерпевают сложный процесс восстановления недостающих частей: передняя клетка восстанавливает задний конец, а задняя, соответственно, передний. Некоторые паразитические и комменсальные инфузории размножаются, давая начало большому количеству очень мелких особей - бродяжкам. Последние выполняют расселительные функ­ ции. Для некоторых видов характерно наружное или внутреннее почкование. 9. Инфузориям присуща особая форма попового процесса - ~ a- .ЦJi...!i...., не связанная с размножением. Между двумя конъюгирующими клет,\(ами осуществляется обмен-~:енетической ин~w~ей , и в этих же клетках фор­ мируются новые генотипы. Новые особи при этом не образуются. Общепринятая система типа Ciliophora в настоящее время отсутствует. Предлагаются разные варианты построения этой системы, в основе которых лежит использование разных комбинаций признаков. Долгое время тип Ciliophora подразделялся на три класса: Kinetofragminophorea, Oligohymenophorea и Poly- hymenophorea. В основу этой системы были положены особенности организации околоротовой цилиатуры. Однако в последнее время широкое распространение получает система, при построении которой в первую очередь использованы данные о строении кинетид и, в частности, корешковой системы. Согласно этой системе инфузории могут быть разделены на два подтипа - Intramacronucleata и Postciliodesmatophora. Эти два подтипа весьма разнятся по объему: первый включает семь классов (Oligohymenophorea, Phy\lopharyngea, Spirotrichea, Colpodea и др.), второй - только два (Heterotrichea и Karyorelictea). В настоящем издании мы придерживаемся именно этой системы. Для знакомства с представителями рассматриваемого типа традиционно используются несколько видов, относящихся к разным классам - Oligohymeno- phorea, Phy\lopharyngea, Spirotrichea и Heterotrichea. Класс Phyllopharyngea пред­ ставлен крайне специализированной группой Suctoria, или сосущими инфузо ­ риями. Suctoria долгое время рассматривались как самостоятельный таксон очень высокого ранга и противопоставлялись всем остальным инфузориям , обладаю­ щим постоянным ресничным покровом. Эти последние обычно объединялись под общим названием Ciliata, или ресничные инфузории. Подобная точка зрения в свое время была отвергнута, и большинство сукторий было включено в состав ныне упраздненного класса Kinetofragminophorea. Однако в самое последнее
96 Малый практикум по зоологии беспозвоночных время вопрос о положении сосущих инфузорий в системе типа Ciliophora снова становится предметом научной дискуссии. Кла сс Oligohymenophorea (олигохименофоры) Материад. Для знакомства с Oligohymenophorea традиционно используют широко известный видfаrатщ;iщ11 caudat11m . Культуры этих инфузорий легко поддерживаются в ла­ бораторных условиях. В любое время года можно получить густую взвесь живых клеток для изготовления временных препаратов. Удобен этот вид и для проведения простейших наблю­ дений, в частности за питанием инфузорий и выстреливанием экструсом (трихоцист). Кроме живых культур очень полезно иметь и тотальные препараты, окрашенные любыми ядерными красителями (реакция Фельгена, красители гематоксилинового ряда и т. n.), для демонстрации строен11я ядерного аппарата клетки. Очень информативны тотальные препараты из клеток, импрегнированных серебром, на которых удается показать детали организации околоротовой и соматической цилиатуры, «Экскреторные» поры и т. д. Полезно включить в программу занятий работу с электронограммами кортикальных структур. Круг объектов, используемых для знакомства с Oligohymenophorea, можно расширить за счет включения нескольких дополнительных видов. В первую очередь это может быть Tetra/1yme11a pyriformis - легко культивируемый и широко распространенный вид, ставший за последние 2- 3 десятилетия одним из важнейших объектов разнообразных лабораторных исследований. Вполне доступны свободноживущие и паразитические представители отряда Peritricha - Vortice/la spp" Тrichodina spp. и др. Класс Oligohymenophorea объединяет в своем составе весьма разнообраз­ ных в морфологическом и биологическом отношениях инфузорий. Общими для всех представителей этого таксона являются особенности ОQганизации их ц,и ­ лиату,lli в частности расположение корешков, отходящих от ~м ресничек. Для большинства представителей класса характерно наличие особоrо-тппа орга­ низации ~овой цилиаТ)'J:)рJ. Основу ее составляет так называемый ...;r..е.:г р а,.х 11,- м е н и у м - особое образование, включающее несколько специализированных - - структур- три оральные поликинетиды, частотрактуемыекакмем- бранеллы, и одну, расположенную по другую сторону ротового отверстия (цито­ стома) п а р QJLЗ л ь н у ю к и н е ту, или околоротовую ундулирующую мемб­ рану. Название Oligohymenophorea, n> есть «несущие MNoQ ~браЦl>, как раз и отражает эту особенность организации рассматриваемого таксона. Типичный тетрахимениум встречается у представителей упоминавшегося выше рода Tetrahymena. Не очень сильно он изменен и у видов, относящихся к роду Parameciиm. А вот у представителей кругоресн ичных инфузорий (отряд Peritricha- Vorticel/a и др.) оральные поликинетиды удлиняются и образуют настоящие ундулирующие мембраны. Но количество их при этом все равно не увеличивается. Класс Oligohymenophorea включает несколько отрядов. Ниже подробно рассматривается лишь представитель отряда Peniculia. ПРЕПАРАТ- Paramecium caudatum ( рис . 30, А , Б ) Методические указания. Знакомство с организацией Paramecium caudatum осуще­ ствляется преимущественно на временных препаратах. Препараты могут быть изготовлены в нескольких вариантах. Если имеется культура с высокой плотностью инфузорий и возмож­ ность неограниченного изготовления 1ювых препаратов во время занятия, ка11ля культуральной
Инфузории - Ciliophora 97 жидкости с инфузориями непосредственно накрывается покровным стекло\1. Работа с так11ми препаратами осуществляетс я в два этапа. Сначала при знач 11тельном объеме исходной капли простейшие быстро плавают, но при это.,1 сох раняют характерную для них форму тела. Со­ ответственно в этот период бывает хорошо в11дна перисто~1аль11ая борозда и вход в вестибулю,1 (см. р11с. 31 ). Вес это необходимо отразить 11а предвар11тельно\1 рисунке. Рассмотреть же детали внутреннего строе11ия клетки пракп1ческ11 невозможно. fl o мере «подсыха ния )) препарата дв 11 жение инфузорий постепенно 3амедлястся, а возрастающее давление покровного стекла силь110 дефорщ1рует 11 х тело. Од11ако 11,1е11110 в этот пер110д становятся хорошо заметны мноr не детал11 их внутре1тего строения. И х необходимо вн ести в первоftачальный ')Скиз. lla созда 1111е одного зако11ченного рисунка уходит от 2 до 5 временны х преп аратов. Достаточно хорошие резу;1ьтаты даст работа с препаратnм11. рассчнтанны\lи на д,1и­ тельное ис п ользовани е. В "ПОМ случ ае 11а углах п окровного стекла укладываются небольшие кусо•1ки воска. которы е играют роль ююжек)) стекло уже не С\Южет о п устить ся в1111 1 и придав11ть 11нфузор11й. Для того чтобы умсньш11ть скорость 11х движения. в кап.1ю культу­ ралыюй жидкости можно поместить немного ваты. Инфузории юастревают» \lежду ее волокнами и появляется возмож11ость более деталь 110 11зуч11ть их строе1111е. У этой метод 11 ки есть два недостатка. П ервый сводится к тому. что препараты такого типа требуют постоянного вним ан ия : необходtl\tО с,1едить за состояние\/ капли 11 по мере ее подсыхан11я добав..1ять небольш и е порц1111 жидкости с помощью r1астеровской пипетки. Второй недостаток, н а 11аш взгляд, более важен - не все детали строения (11апр11мер, ундул ирующую мембрану около­ ротовой щ1,111атуры) удается расс,1отреть на непридав..1ен11ых к..1етках. Перед юготовлен11ем препаратов любого т11па рекомендуется подкорщ1ть инфузор11й растертой китайской ту ш ью. В ·пом случае пищевари тельные ва~..-уоли приобретают чер н ую окраску 11 очень контрастно выделяются 1ш фоне свет,10-серой ц11топлаз\lы. l la за11яп 1я\ мож110 проде м о11 стр11 ровать д11 11 а\111ку про11ессов ш1щеварен11я. Для этого 11зготав..111вают отдельную серию вре\fенных препаратов. 11спользуя при 1то'1 в11тальный кра­ с нтель конго красный (ко 11 rо рот). ')тот краситель опюсится к катеrор1н1 веществ-11нд11каторов: он \tеняет цвет в зав11симост11 or рН среды. В кнслой среде он ста1ювится с11ним. а в щелочной розовым или красным. Для ~ого. чтобы 1тот ")ффект стал 3а,1етен у инфузорий, н еобходИ\tО некоторое время. По1Тому за 15 20 \111нут до начала работы с препаратами в культураль11ую ж11дкость с инфу·ю риям11 добавляется крас11тель. 011 зах ватыва ется инфузори ­ ям11 11 попадает в пищеварительные вакуот t . которые в зав11с имости от фазы п еревар11ван11я проглоченной клеткой т1щ11 окраш11ваются в разные цвета (см. с. 100). И , н а ко 11 е11, на временных препаратах можно набл юдат ь массовое выстрел11ва1111е трихоц11ст. Для 1того ис пользуют как свеж не препараты, так и стекла, с которым11 уже предварительно работал11. Единственное условие на,111чие живых подв11жных к..1еток. На предметное стекло, непо средствен1 ю рядом с покровным, с по,ющью пипетки наносят каппю раствора краснтеля метиленового '!еле но rо с добавлен ием уксусной кислоты. Каплю осторожно подводят к покровному стеклу так, чтобы крас11те.1ь ca't ста..1 подтекать под него. Ч тобы ус~..'Орнть ·этот процесс с противо1юложноi1 стороны покровного стекла, к его краю \ЮЖНО приложить полоску ф 11 ль1ро валь 11 оii бумаrн . Уксусная кислота быстро уб11вает 11нфузори ii, но перед г11бе,1ью он и обыч но успевают выброси ть несколько мощных пучков н1пеii тр11хоц11ст (см. рис. 30. Б). Метиленовая зелень пр11 "ПОМ окраш и вает ядра в зеленый 11вет. 'v111кронуклсус 11нфузорий хорош о бывает в1ще11 н а тотальных п ос 1 оя1н1ых нрепаратах. окраше нных традищrон ным11 п1сто1юп1ческ11\t11 крас 11телям11. Во время работы н еобходимо 11сr10,1ьзовать как "алое (8' ), так 11 бо.1ьшое (40') увел 11ч ен11я \111 кроскопа. Paramecium ca11da tum , или инфузо рия-туфелька, имеет вытянутое в дл ину асиммеiрИЧНое тело (рис. 30, А). Боле~1й конец плавно ЗЗкрудiен. По направлению К~ХJФ1щу тело п остепенно расширяется,., достигая максималь н ой ширины в задней трети. Самый задний участок относительно резко суживаетС)I. По сравнению с передНИМ концом тела задний конец кажется заостренным . 4 175
98 Малый практикум по зоологии беспозвоночных резервуар сократительной вакуоли ::жтоплаз.wа ::тдоплаз,\ю пищеварите.1ьные вакуо.1и ,wecmo расположения макронук.леуса перистом вестибулюм цuтофаринкс А Рис. 30. Paramecium caudatum: нити выстре.'lен11ых трихоцuст Б А - внешний вид; Б - с выстреленными трихоцистами По одной стороне передних 2/3 тела тянется хорошо заметная и довольно широкая бороздка. Очень часто в учебной литературе ее обозначают как п_е­ р ист ом (околоротовое поле) . Перистом расположен не строго продольно, а слегка наискось, по спирали. Начинается он почти у самого переднего конца, а заканчивается уже за серединой тела. На заднем конце перистома находится небольшое углубление- ротовая воронк~или вест и 6 ул ю м (предд~рие). В последнем располагаются рот и окружающие его специализированные струк-
Инфузории - Ci liophora 99 туры. Поверхность, несущая перистом и вестибулюм, традиционно обознача­ ется как «вентральная». Противоположная поверхность, называемая «дор­ сальной»,- ровная. Благодаря наличию перистомальной борозды и слег­ ка расширенной задней части тела контуры нецридавленной инфузории дей­ ствительно по форме напоминают отпечаток подошвы остроносой туфли. Это поверхностное сходство довольно быстро исчезает по мере деформирования клетки возрастающим давлением покровного стекла. Контуры клетки сглажи­ ваются, перистомальная борозда становится неразличимой, но зато отчетливо выявляется вестибулюм и находящиеся в нем элементы околоротовой цилиатуры (см. с. 103). Вся поверхность клетки равномерно покрыта р е с н и ч к а .м и. Однако наблюдать их «работу» удается, лишь используя большое увеличение микроско­ па - по контуру клетки хорошо заметно легкое мерцание. Рассмотреть отдель­ ные реснички и организацию всей цилиатуры при этом нельзя (для этого необходимо использовать специальные препараты и электронограммы - см. с. 102, 106, 108). Единственная группа ресничек , которая бывает хорошо видна при рассматривании живых инфузорий, это пучок более длинных ресничек, расположенный на самом заднем конце тела. Они образуют своего рода «хво­ стию>, что отражено в видовом названии «caudatum», или «хвостатая». На придавленных клетках, как уже говорилось выше, становятся хорошо заметными и отдельные элементы модифицированного тетрахимениума (см. рис. 31, В). Цитоплазма инфузории традиционно подразделяется на две зоны. Непо­ средствёiiно под пелликулой располагается тонки~ой, обычно обо­ значаемый как эк т оп лаз At а. Он содержит в себе разнообразные элементы кортикального цитоскелета и многочисленные экструсом - т их о ц и с т ы (см. рис. 31, Б; 32;-ЗЗ). Рассмотреть отдельные трихоцисты у живых ин узорий практически невозможно, но их присутствие в эктоплазме придает последней легкую поперечную исчерченность. 0..QJовной объем клетки занят -:J н д оп л аз м о й. Она содержит большое количество разнооораз ных включений (кристаллы, гранулы и т. n.) , благодаря чему кажется зернистой и менее прозрачной , чем эктоплазма. В эндоплазме располагаются и все основные органоиды клетки. <<ilищева_Qительная система» инфузорий включает несколько раз ных по происхождению органоидов , которые тем не менее тесно связаны друг с другом в функциональном отношении. Начинается она упоминавшейся выш~­ мальной QQроздой. Считается , что вдоль нее проход ит ток воды, направленный в сторону вестибулюма. Инфузория-туфелька , как и остальные представители род:1 Paramecium, относятся к группе органИ з мов-фильтраторов. У них отсут­ ствует пищевая избирательность - парамеции заглатывают фактически любые мелкие частицы, приносимые током воды в вестибулюм. Последний , как уже было сказано выше, представляет собой небольшое воронковидное углубление, расположенное на заднем конце перистомальной борозды. На дне.а,есrибvлюма расположен собственно цито~_{!<лето чны~. Это небольшой участок покровов клетки, где цитоплазма ограничена только поверхностной мембраной и полностью отсутствуют элементы кортикального цитоскелета и альвеолы пелликулы. Соответственно только в этой зо не и может происходить впячивание 4•
Инфузории - Ciliophora 101 цвет, что свидетельствует о щелочной реакции. Однако вскоре после отрыва от цитофаринкса вакуоль становится с и н е й. Это говорит о значительном закислении ее содержимого. Кислая среда внутри вакуоли сохраняется все время, пока вакуоль движется к переднему концу тела. В момент поворота назад или сразу же после него вакуоль начинает приобретать сначала лиловатый оттенок, а потом снова становится к р а с н о й. Это значит, что кислая реакция снова меняется на щелочную, которая и сохраняется вплоть до момента дефека­ ции, то есть выбрасывания непереваренных остатков пищи через щелевидный цитопрокт. ~орсrудя:rор.ный аппарат Р. caudatum представлен двумя комплексами сократительных вакуолей. Каждый комплекс включает сферический-μ. е з ер в у­ а!!. сокрqтите..льной вакуоли и несколько (bl пр_иводящих . ! . а N ал о в. Каналы своими широкими закругленными концами почти примы­ кают к резервуару, а их противоположные узкие заостренные концы постепенно теряются в цитоплазме. Вокруг резервуара каналы располагаются почти строго радиально и параллельно поверхности тела. Положение комплексов в теле строго постоянно . Один располагается в передней части клетки, а второй - в задней, примерно на уровне заднего конца вестибулюма и цитофаринкса. Такое постоянство локализации осмо­ регуляторных органоидов обусловлено тем, что резе рвуары сократительных вакуолей связаны с определенными очень небольшими (точечными) участками покровов, лишенными альвеол пелликулы и кортикального цитоскелета. Эти участки обозначаются как экскреторные поры. Рассмотреть их у живых инфу­ зорий невозможно. Они хорошо видны лишь на препаратах, импрегнированных AgN03 (см. рис. 31, Б). На не очень сильно придавленных клетках можно наблюдать последова­ тельность работы отдельных частей осморегуляторноrо аппарата инфузорий. В пределах одного комплекса чередуется заполнение жидкостью каналов и резервуара. Первыми заполняются каналы. Сначала они выглядят как едва заметные, светлые «щели» в цитоплазме. По мере поступления в каналы жидкости их дистальные концы расширяются, они становятся оптически прозрачными и приобретают удлиненно каплевидную форму. В этот период резервуар сокра­ тительной вакуоли находится в состоянии систолы и едва заметен - в лучшем случае, удается рассмотреть крошечное светлое пятнышко. Из заполненных каналов жидкость поступает в резе рвуар , который быстро увеличивается в размерах и превращается в хорошо заметный прозрачный пузырек округлой формы (фаза диастолы резервуара сократительной вакуоли). Каналы же, наобо­ рот, спадаются -рассмотреть их становится довольно трудно. Через некоторое время резервуар опорожняется через экскреторную пору (очередная систола), но начинается новая диастола каналов. Послед ние быстро заполняются жидкостью и увеличиваются в размерах. Передний и задний комплексы сократительных вакуолей работают в про­ тивофазе. Когда в переднем комплексе заполняются приводящие каналы , в зад­ нем в состоянии диастолы находится резервуар, и наоборот. Ядерный аппарат Р caudatum представлен одним крупным макронукле­ усом (Ма) и одним маленьким микронуклеусом (Mi). У живых инфузо рий в
102 Малый практикум по зоологии беспозвоночных центральной части в лучшем случае удается рассмотреть только м е с т о расположения Ма ввидесветлогогомогенногопятна сразмытымикон­ турами. При подкрашивании клеток смесью уксусной кислоты с метиленовым зеленым Ма, избирательно накапливающий краситель, становится хорошо за­ метен (рис. 30, Б). Он окрашивается в зеленый цвет и имеет неправильно округлую или овальную форму. Здесь же часто удается рассмотреть и маленький окрашенный Mi, который прилегает к Ма и обычно лежит в небольшом углуб­ лении на поверхности последнего. Особенно хорошо Ма и Mi бывают видны на постоянных препаратах инфузорий, окрашенных специальными красителями. Экструсомы Р саиdаtит представлены многочисленными трихоцистами, залегающими в кортикальной зоне цитоплазмы. Как уже говорилось выше, у живых инфузорий на временных препаратах увидеть отдельные трихоцисты практически невозможно. Они становятся хорошо заметны лишь в «выстрелен­ ном» состоянии. Для того чтобы их рассмотреть, можно использовать препа­ раты , обработанные смесью уксусной кислоты и метелиновым зеленым. У за­ фиксированных и окрашенных таким образом инфузорий обычно выстреливают большие группы трихоцист. Их бесцветные, преломляющие сва- н и т и (рис. 30, Б) образуют несколько толстых пучков, которые могут быть направ­ лены в разные стороны. Сами нити почти прямые, но обычно в составе таких пучков они переплетаются и часто оказываются изогнутыми. Длина пучков иногда заметно превышает ширину тела. ПРЕПАРАТ - цилиатура Paramecium caudatum (окраска серебром по методу Шаттона и Львова) (рис. 31, А-В) Методические указания. На занятии лучше всего использовать не менее двух препаратов, которые выставляются демонстрационно. Для того чтобы получить четкое изобра­ жение деталей организации цилиатуры , следует использовать микроскопы с иммерсионными объективами (90х) и стандартные осветители для установки света по Келлеру. На одном препарате демонстрируются клетки со стороны вестибулюма так, чтобы были хорошо видны детали организации околоротовой цилиатуры, на втором - с «дорсальной» стороны. При этом можно показать расположение э кскреторных пор. При анализе препаратов необходимо учитывать, что некоторые тонкие детали наблю­ даемой в микроскоп картины могут отличаться в зависимости от того, какая методика обработки инфузорий была использована при изготовлении препаратов (импрегнация нитратом серебра по Клайну, окраска серебром по Шатrону и Львову и др.) . У инфузорий, обработанных азотнокислым серебром по методу Шаттона и Львова, хорошо выявляются кинетосомы ресничек, которые на препаратах выглядят как черные точки. На микрофотографии , сделанной с использованием объектива 40х (рис. 31, А), можно увидеть Лишь самую общую картину распределения арген ­ тофильных, то есть выявляющихся при серебрении структур на поверхности клетки инфузории. Так как использованная методика серебрения позволяет сохранить объем клетки, то при работе с короткофокусными объективами (40х, 90х) отчетливо виден лишь очень тонкий оптический срез, то есть уровень, на
Инфузории - Ciliophora 103 который сфокусирован объектив, а не вся поверхность клетки. Особенно отчет­ ливо это проявляется на микрофотографиях. На предлагаемой иллюстрации (рис. 31, А) значительный участок «верхней», обращенной к наблюдателю поверх­ ности инфузории оказался вне фокусной плоскости. Именно поэтому центральную часть изображения занимает участок аморфной цитоплазмы. Собственно арrенто­ фильные структуры ресничного аппарата хорошо различимы по периферии клетки. На переднем и заднем концах и по «бокам» клетки хорошо видны участки по­ верхности, на которых можно рассмотреть попавшие в фокусную плоскость фраг­ менты кинет. Направление последних показано сплошными линиями. В сред­ ней части клетки выделяются элементы околоротовой цилиатуры (подробнее см. с. 106), расположенные на дне вест и 6 ул ю л1 а, вход в который хорошо виден в левой части фотографии. В задней половине клетки в виде темного, неправильной формы пятна отчетливо различима п и щ ев ар и т ел ь­ н а я вакуоль в момент дефекации (см. с. 101). Ее левый почти прямой край соответствует положению вытянутого в длину щелевидного ц и топ рок та. С деталями организации ресничного аппарата можно познакомиться по микрофотографиям , сделанным с использованием иммерсионного объектива (90х) . У парамеций, как и у многих других видов инфузорий, в передней части клетки кинетосомы располагаются парами , образуя упоминавшиеся выше д и к ин е­ т и д ы (см. рис. 29). На очень хороших препаратах при использовании этого увеличения (90х) кинетосомы дикинетиды выглядят как две соприкасающиеся точки (рис. 31 , Б) . И только на заднем конце тела кинетосомы располагаются поодиночке и образуют монокинетиды . Однако часто, особенно при работе с объективом 40\ отличить ди- и монокинетиды бывает трудно , так как изо­ бражения двух сближенных кинетосом при малом разрешении оптической си­ стемы сливаются в одну точку. Кинетысо.11атической цилиатуры Р.caudatumрасполагают­ ся почти параллельно продольной оси клетки. Особенно хорошо это видно на «дорсальной» стороне тела инфузории (рис. 31, Б). Дикинетиды в двух соседних кинетах лежат не на одном уровне, а немного смещены относительно друг друга. В результате образуются ложные ряды, расположенные под углом 60-65° к кинетам. Эти ряды можно довольно легко принять за настоящие кинеты. Элементы цилиатуры распределены по поверхности клетки очень равно­ мерно, а образуемый ими рисунок характеризуется правильностью и постоян­ ством.Наэтомфонехорошозаметныдве экскреторные поры,располо­ женные на «дорсальной» стороне и смещенные к переднему и заднему концам клетки. Они имеют округлую или овальную форму. Контуры экскреторных пор интенсивно серебрятся , тогда как их середина остается совершенно светлой (рис. 31, Б) . Только на самом заднем конце клетки строгий порядок расположения кинетид в кинетах может немного нарушаться . С «вентральной» поверхности, то есть со стороны перистома, расположение кинет несколько иное. Сохраняя преимущественно продольную ориентацию, они огибают вест и 6 ул ю .м и цитостом. Кинеты заметно различаются по своей длине - чем ближе к вестибулюму, тем они короче (рис. 31 , А). Концы этих .:~.угообразно изогнутых кинет, расположенных справа и слева от вестибулюма,
104 Малый практикум по зоологии беспозвоночных кинеты посторальный ---- шов цитопрокт пищеварите.:rыюя вакуо.1ь околоротовая цu.:ruamypa А Рис. 31. Paramecium caudatum. цилиатура (окраска серебром по методу Ш аттона и Львова): А - внешний вид (фото). Линиями отмечены направления кинет; Б ­ выделительная пора (фото). Стрелками помечено направление кинет; В - ротовая цилиатура (фото). Стрелками помечено направление кинет соответствен но не достигают переднего и з ад него концов клетки , а направлены навстречу друг другу и упираются в так называемые швы. Последние представ­ ляют собой две узкие продольно ориентированные полоски, лишенные кинетид. Обычно различают более широкий и хорошо заметный пр е орал ь н ы й ш о в, тянущийся от вестибулюма к переднему концу клетки (см. рис. 3 1, А), и более узкий п о ст орал ь н ы й ~и о в, направляющийся немного наискосок к зад­ нему концу тела. По ходу посторальноrо ш ва как раз и залегает длин ная щелевидная клеточная порошица.
Инфузории - Ciliophora ки11еты со.wатuческой ци.1uатуры к~теты { ____,, парора1ъная кu11ета (парора1е) экскреторная пора "' ора1ьные по.7lаатетuды (пенuку.110сы) Б в 105 Изгиб кинет, расположенных слева от вестибулюма, выражен значительно слабее, поэтому в прео ральный шов они упира ются под очень острым углом. Кинеты, огибающие вестибулюм с права, изог нуты значитель но сильнее - соот­ ветственно к шву они п одходят под углом 50- 55°. В области входа в вестибулюм дики н етиды в составе кинет располагаются очень у поря доченн о и практически не сдвинуты относител ьно друг друга в со ­ седних кинетах. Благодаря этому создается впечатление, что ряды кинетид направлены практически поперек клетки (рис. 31, А, В). В некоторых учебны х
106 Малый практикум по зоологии беспозвоночных пособиях именно эти «ложные ряды» иногда трактуются как настоящие кине­ ты. Истинное направление кинет хорошо маркируется локализацией трихоцист. Последние всегда располагаются строго по ходу кинеты между двумя соседними дикинетидами (рис. 31, Б'). Т р и хо ц и ст ы практически не серебрятся , по­ этому на препаратах они не окрашены в черный или тем но-коричневый uвет, а выглядят как очень мелкие (по разме рам они заметно уступают кинетосомам), преломляющие свет тельца. Наиболее сложно дифференцированы ресничные образования в самом вестибулюме - околоротовая цилиатура (рис. 3 1, В). По одну сторону от цито­ стома располагаются три вытянутые в длину и слегка изогнутые темные линии, образованные тесно сближенными кинетосомами. Это так называемые о р ал ь н ы е поликинетиды, которыеупарамецийназываются пеникудюса,i1и. По другую сторону тянется более широкая темная полоса - 11арорадьная кинет а (парорале) . Обычно пеникулюсы гомологизируют с мембранеллами, а парорале с ундулирующей мембраной типичного тетрахимениума (см. с. 96). На этой же фотографии (рис. 31 , В) видно, что поверхность клетки не гладкая, а несет м ногочисленные правильно расположенные углубления, в которых и начинаются реснички. Углубления разделены межресничными гребнями. На дне углублений отчетливо различимы темные кинетиды. ПРЕПАРАТ - кортекс Paramecium caudatum, сагиттальный срез (электронограмма) (рис. 32 а , б; таблица Vll приложения) Методические указания. Электронограммы, особенно хорошего качества, содержат много цитоморфолоrических деталей, не имеющих прямого отношения к целям занятия (детали строения переходной зоны ресничI01, разнообразные структуры в цитоплазме клетки и т. д.). Акцентировать внимание студентов на этих деталях не следует. Ниже приводится описание лишь основных структур, хараперных для пелликулы и кортекса инфузорий (табл. V II ). Наружная поверхность пелликулы инфузории-туфельки скульптурирована определенным образом: небольшие углубления, имеющие форму неправильного параллелограмма, образуют продольные ряды в соответствии с ходом кинет. Разделяют эти углубления относительно узкие г р е 6 н и. Ре с н и ч к и (дики­ нетиды или монокинетиды в зависимости от места среза - см. выше) начина­ ются на дне этих углублений. На сагиттальном срезе, на который попала одна из ресничек, эта особен­ ность организации покровов хорошо видна. П д а з м ал е .м ,11 а, одевающая ресничку, является непосредственным продолжением плазмалеммы клетки. Сама ундулиподия имееттипичноестроение- внейхорошоразличимы "никро­ тру бо ч к и а ксо11 е.м ы. На уровне поверхности клетки располагается ха­ рактерная для инфузорий короткая п ере хо д 11 а я зон а, за которой следует типичная кинет о с ом а. На предлагаемой электронограмме ср ез через ки ­ нетосому прошел танrентально, поэтому в нижней части видны микротрубочки образующих ее триплетов. . Непосредственно под плазмалеммой располагаются крупные ал ь в е о л ы . Они имеют вид ограниченных мембраной мешков с электроннопрозрачным
Инфузории - Ciliophora ,иuкротрубочки аксоне.иы rиазл1але.w.:vtа переходная зона ки11етосома тело трихоцuсты 107 а ундулuподия реснички альвеола ,иитохондрuя 6 Рис. 32. Paramecium caudatum. Кортекс , сагиттальный срез (а - электронограмма, б - схема). Оригинальное фото К. Эйслера (С. Eisler)
108 Малый практикум по зоологии беспозвоночных содержимым, в котором в н ебольшом количестве при сутствует очень рыхлый тонкофибриллярный материал. Фактически альвеолы полностью подстилают плазмалемму гребней, разделяющих ресничные впадины. Обычно в районе вершины гребня мембраны альвеол двух соседних ресничных впадин почти вплотную соприкасаются друг с другом. Под альвеолами залегает фибриллярная сет ь. тяжи которой представ­ ляют собой скопления тонких .11 икр о фил а .11ен111 о в (подробнее см. ниже). На срезе представлен продольно перерезанный участок этой сети. Эта структура кортикального цитоскелета непосредственно не связана с корешковыми элеме н­ тами кинетид. В глубине эктоплазмы под этой сетью разбросаны At и т ох о н др и и с трубчатыми крнстами. Это хорошо бывает видно, когда кристы оказываются перерезанными в поперечном направлении. В этом случае они выглядят как светлые кружки, ограниченные мембраной. Между ресничками располагаются экструсомы, которые у Р caudatum представлены три хо ц u ст а .11 u . Они приурочены к гребням, разделя­ ющим ре снич ные впадины. Трихоцисты вытянуты в дли ну, а их тело отчет­ ливо под раздел яется н а две части: узкую переднюю часть, которая проходит между альвеолами и достигает плазмалеммы, и более широкую заднюю. Трихоцисты пронизывают всю толщину кортикальной зоны, и их плавно суживающиеся зад н ие концы оказываются н иже у ровня залегания корешков ресничек. На электронограмме представлен л ишь верхний конец трихоцисты, непо­ средственно связанный с п елл икулой инфузории. От окружающей цитоплазм ы содержимое три хоцисты отделено мембраной. Вся задняя часть трихоцисты образована электроннопрозрачной массой, которая при выстреливании и пре­ вращается в дли нн ую нить. Передняя же часть представляет собой электронно­ плотный /1 а к о н е ч н и к, прикрытый снаружи несколько менее плотным к о - .1 па ч к о .11 . П осле выстреливания трихоцисты эти структуры оказываются на свободном конце сформировавшейся нити. ПРЕПАРАТ- тангентальный срез через покровы Paramecium caudatum (электронограмма) (р ис. 33, а , б; таблица Vll l приложения) Методические указания. На электронограмме представлен участок покровов инфу­ зории-туфельки (см. табл. Vl!l). Срез прошел не строго танrентально, а под небольшим углом, что позволяет рассмотреть особенности органюации кортикальных структур на разных уровнях: начиная с самой проксимальной части ю1нетосом и "-ончая верхним отделом переходной зоны и альвеолами. Наклон плоскосnt среза направлен по диагоналн фотографии. Самый глубокий урове нь - непосредствен 1 ю под кинстосомами или самого основания последних ·зан им ает правый нижний угол 1лекгронограммы; са\1ЫЙ верхннй - уровень альвеол и парасомалъных мешочков левый верхний угол. н; занятиях можно предложить студентам разобраться с отдельными фрагментам11 фотографии, при )ТОМ следует также нспользовать рис. 29. На предлагаемой фотографии отчетливо выявляется направление к u- н е т - их маркируют мощные электронноплотные корешки (кинетодесмальные
Инфузории - Ciliophora 109 фибриллы - см. ниже) и положение трихоцист, локализующихся между сосед­ ними кинетидами каждой кинеты. На электронограмме представлены фрагменты четырех кинет. Для того чтобы облегчить процесс анализа и зображения, включающего большое количе ­ ство деталей. кинеты пронумерованы римскими цифрами 1- IV справа налево . Кинетосомы располагаются попарно, образуя типичные д и к и н е т и д ы. В своей базальной части передня я и задняя кинетосомы в составе одной дикинетиды связаны между собой короткой, дуговидно изогнутой ф и б р илл яр н о й связкой. В первых трех кинетах (I- Ill) на срез попали проксимальные , то есть самые нижние участки к и 11 е т о с о .11 на уровне отхождения от них корешков. В кинете 1 эта дикинетида расположена у верхнего обреза фотографии, во второй (Il) она занимает среднее положение, в третьей (Ш) смещена к нижнему краю фотографии. Кроме того, в кинете I на срез попала самая базальная часть одной из кинетосом дикинетиды - хорошо виден фрагмент элект ронноплотного мат­ рикса , тогда как микротрубочки трип лето в еще отсутствуют. Эта структура расположена в нижней части эле ктронограммы справа. В кинетах 11- IV кинетосомы оказались перерезанными в своей дистальной части , то есть у самого верхнего конца (кинета II - зад няя кинетосома дики­ нетиды, за нимающая самое верх нее положение на фотографии; кинета IП - дикинетида в средней части электронограммы и , наконец, кинета IV - задняя дикинетида). В кинете IV дикинетида, расположенная уже между альвеолами, перерезана на уровне самого начала переходной зо ны. Как уже было ска за но ранее , корешки берут начало от проксимального конца кинетосомы и сначала направляются вверх, практически параллельно самой кинетосоме. Лишь у ее дистального конца и начала переходной зоны они начинают отклоняться в сторону и за нимают характерное для каждого типа корешков (см. выше) положени е. Именно этот вариант и отражен на рассмат­ риваемой фотографии. У инфузории-туфельки наиболее полный набор из трех корешков харак­ терен только для задней кинетосомы каждой дики нет ид ы. Передняя кинетосома сохраняет лишь трансверсальный корешок. Наиболее мощного развития дост игают кинетодесм ы , или к и 11 е то де с­ .м ал ь 11 ы е ф и б р илл ы. Они располагаются слева от кинеты и тянутся вперед по ее ходу. Кажд ый такой корешок достигает значительной длины - он проходит мимо нескол ьких дикинетид. При этом кинетодесма постепенно под­ нимается наверх и заходит в межрес ничный гребень. Будучи длинными, кореш­ ки, отходящие от кенетосом раз ных дикинети д одной кинеты, перекрывают д руг друга. В левой части фотографии хорошо видны две пары кинетодесм, прохо­ дящих уже на уровне переходных зон и альвеол (кинеты Ш и IV соответственно). В правой части фотографии (кинеты 1-Ш) можно рассмотреть самые начальные участки кинетодесмальных фибрилл и их связь с зад ними кинетосомами дики­ нетид. Кинетодесмальные фибриллы характеризуются высокой электронной плот­ ностью (на фотографиях они выглядят очень темными). Остальныедвакорешка- тра11сверсаль11ый и постцилиар- 11 ы й - построены из микротрубочек, поэтому их часто называют микротрубоч-
llо Малый практикум по зоологии беспозвоночных а Рис. 33. Рш·атесiит caudatum. Кортекс , танrснталъный срез (а - электронограмма, б - схема). Оригинальное фото К. Эйслера (С. Eisler) ковыми корешками. Микротрубочки в составе таких корешков располагаются в один ряд и вплотную друг к другу. При этом образуется подобие ленты, ширина которой зависит от количества формирующих ее микротрубочек. На поперечных срезах такие микротрубочковые лентовидные корешки выглядят как ряд тесно сближенных маленьких кружков. Если же такой корешок расположен под острым углом к плоскос':fи среза, то бывает виден той или иной дли ны отрезок этой ленты - чем меньше этот угол, тем больше наблюдаемый 11ами участо к корешка. В «ряду» дикинетид, перерезанных на уровне базальных участков кинетосом (кинеты III, 11, 1), можно наблюдать начало отхождения корешков ог кинетосом.
Инфузории - Ciliophora парасомальный .\1ешочек трихоцuста фибри:~лярная сеть трансверсальные кuнетодесма?ьные корешки фuбрWIЛЫ .микротрубочки фибрW1лярная постци.1иарные связка кopeutкu 111 б Трансверсальные корешки отходят от обеих кинетосом дикинетиды вправо. В самой нижней части кинетосомы (кинета III, нижняя дикенитида) образующие их микротрубочки вплотную прилегают к триплетам справа и немного смещены вперед. На уровне середины кинетосомы (кинета II , дикинетида в средней части фотографии) между корешком и кинетосомой становится заметен еще очень узкий просвет. Это свидетельствует о начале отхождения корешка вправо и вверх. На уровне д истальных концов кинетосом (кинета IV - задняя дикинетида , кинета ПI - средняя дикинетида) отклонение трансверсальных корешков в сто­ рону становится еще более заметным - расстояние между ними и кинетосомами еще больше увеличивается.
112 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Совсем отчетливо эта тенденция проявляется на уровне нижней и средней частей альвеол (кинета 11 - задняя кинетосома дикинетиды, расположенная у верх­ него обреза фотографии; кинета IV - передняя дикинетида соответственно). Теперь между трансверсальными корешками и переходными зонами ресничек лежит не просто участок цитоплазмы, а размещается альвеола. Микротрубочки, образую­ щие и передний, и задний трансверсальные корешки, имеют вид не простых кружо ч ков , а удл и ненных палочковидных тел. Это свидетельствует о том, что корешки все больше и больше отклоняются в горизонтальном направлении. Постцилиарный корешок, как уже говорилось выше, имеется только у зад­ ней кинетосомы дикинетиды. Он берет начало у ее нижнего (проксимального) конца. В его состав входит больше микротрубочек, поэтому, будучи перерезан­ ным строго поперек, он имеет вид прямого ряда плотно упакованных кружочков, одним концом примыкающего к задней кинетосоме (кинета l - единственная полная дикинетида, кинеты 11, ПI - нижние дикинетиды). Корешок обращен влево, то есть в ту же сторону, где проходят кинетодесмальные фибриллы. По отношению к линии направления кинеты он располагается под углом примерно 65- 70°. На уровне дистальных отделов кинетосом (кинеты JV и Ш) постцили­ арный корешок уже заметн о отходит от задней ки нетосомы, при этом отчетливо меняется его положение относительно линии направления кинеты - упоминав ­ шийся выше угол сильно уменьшается (до 30- 35 °). Корешок отклоняется назад, о чем свидетельствует удлинение профилей перерезанных микротрубочек. На уровне альвеол и, соответственно, переходных зон (ки нета IV, верхняя дикинетида) постцилиарный корешок оказывается отодви н утым от переходной зоны еще дальше - он располагается теперь снаружи от левой альвеолы. И еще меньше становится угол его отклонения от линии направления кинеты. В верхней части фотографии видны ал ь в е о л ы. В ки нете Il справа от задней кинетосомы дикинетиды (верхний обрез фотографии) на срез попало самое «дно» правой альвеолы. В кинете IV (верхняя дикинетида) альвеолы уже выглядят как уплощенные мешки, ограниченные мембраной, которые справа и слева плотно охватывают переходные зоны ресничек дики нетид ы . Альвеолы очень тесно примыкают друг к другу, так что между ними остается только очень узкая перегородка, представляющая собой две тесно сближенные мембраны. Как уже неоднократно подчеркивалось выше, корешки всех типов на этом уровне ещ е пр исутствуют. Они сохраняют характерное для каждого из них положение. Слева от альвеол (кинета rv, верхняя дикинетида), точно посередине дикинетиды хорошо видна маленькая электроннопрозрачная округлая структура, ограниченная мембраной. Это полость так называемого пар а с 0.111 аль но г о At е ш о ч к а, который открывается на поверхности клетки самостоятельным от­ верстием, расположенным у основания каждой кинетиды. Парасомальный мешо­ чек рассекает левую альвеолу в ее нижней части на две «ветви», которые на приводимой фотографии выглядят как две обособлен н ые мембранные структуры. Кроме о пи са н ных выwе корешковых элементов ресничного аппарата на уровне дистальных концов кинетосом и начала переходных зон расположена ф и брил ля р н а я сет ь, образованная микрофиламентами. Тяжи этой сети проходят как параллельно кинетам (между ними), так и перпендикулярно им. Немного глубже, на уровне проксимальных концов кинетосом и непосредственно
Инфузории - Cil iophora 113 под ними залегают многочисленные , 11 и крот р у 6 о ч к и, рыхлые пучки ко­ торых можно рассмотреть у правого обреза электронограммы . Тр их о ц и ст ы расположены упорядоченно. Они локализуются по ходу кинет. Между двумя соседними дикинетидами одной кинеты, как правило, расположеf!а одна трихоциста. На рассматриваемой электронограмме видны лишь перерезанные поперек верхние концы трихоцист. Центральное округлое темное пятно - наконечник. А ограниченное мембраной плотное кольцо вокруг наконечника - колпачок. Весьма многочисленны в кортикальной зо не цитоплазмы, особенно на уровне базальных отделов кинетосом, разнообраз ные мембранные профили, большей частью представляющие собой участки перере за нной ЭПР. Paf'Gmecium caudatum, или инфузория-туфелька (тип Cili ophora, подтип l ntraшacronuc l e­ ata, класс O ligo bym e nopho r ea, отряд Pen ic uli a ) - классический объект, ш~1роко используемый в лабораторной практике для проведения самых разных исследований. В природе этот вид достаточно широко встречается в пресных водоемах наряду с другими видами рощ Parameciшn. Большую часть времени парамеци11 быстро плавают в толще воды за счет работы соматической цилиатуры. Траектория, по которой активно пере­ мещается инфузория , может быть очень сложной быстрое прямолинейное движени е сме­ няется резкими поворотами и практически мгновенными остановками. Способны инфузори11 и к движению задним концом тела вперед. Особенно хорошо это бывает видно в тех случаях, когда клетка при прямолинейном движении вперед натыкается на препятствие. Практическн мгновенно она, не разворачиваясь, отплывает назад. Затем после непродолжительной оста­ новки снова начинает двигаться передним концом вперед, но уже в новом направлении. Такая сложная и совершенная локомоция инфузорий обусловлена строгой согласован­ ностью работы ресничек соматической цилиатуры. Движение одной реснички состоит ю резкого наклона, когда, по сути дела, совершается гребной удар, и более плавного распрям­ ления и возвращения в исходное положение. Движение соседних ресни<1ек по ходу кинеты немного сдвинуто по фазе относительно друг друга. В результате этого по поверхности тела ннфузории одна за другой пробегают волны, образуе,1ые изгибающr1мися ресн11чками. Это явление получило название метахрональной волны. Фронт волны обычно направлен под углом к продольной оси тела инфузории. В тех случаях, когда парамеция начвнает дв11 гаться задним концо\1 тела вперед, соответстве нно меняется н аправление гребного удара ресничек на противоположное. Виды рощ Paramecium по способу шпанrtя относятся к числу инфузорий-фильтра­ торов. Работа цилиатуры при движении инфузорий создает токи воды, которые направляются к вестибулюму. Вместе с токами воды в полость последнего попадают мелкие частицы самой разной природы. Характерная для многих инфузорий относительно строгая пищевая изби­ рательность у парамеций отсутствует. Работой околоротовой цилиатуры парорале и пени­ кулюсов -поступающая в вестибулюм взвесь направляется в формирующуюся в област11 цитостома пищеварительную вакуоль. Парамеции, как 11 все остальные инфузории, размножаются только агамно. путем пшичного бинарного делен ия . Борозда деления располагается перпендику.1ярно продольной оси клетки, так что две образующиеся дочерние клетки оказываются морфологически нерав­ ноценными: одна исходно лишена заднего кон~1а, тогда как другая - переднего. Это обстоя­ тельство предопределило включение в процесс размножения особого JТапа. получившего на­ зва ние восстановительного морфогенеза. Особенно отчетливо это проявляется в восстановлении ц11лиатуры. Регенерация всего ротового комплекса у инфузорий полу<1ила название ст ом ат о­ г е не за. Детали этого процесса у разных видов инфузорий могут варь11ровать. Обычно же старый ротовой аппарат подвергается частичной 11ли полной редукцш1, тогда как новые в виде неправильных скоплений кинетосом закладываются на вентральной поверхности совер­ шенно независимо от первого между кинетами соматической цилиатуры.
114 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Появление нового зачатка вызывает начинающуюся перестройку уже существующих соматических кинет. К этому времени внутри клетки подходит к завершению деление ядер (макро- и микронуклеуса). Между зачатками ротовых аппаратов появляется поперечная коль­ цевая перетя:жка, которая и становится бороздой деле ния. Время от времени у инфузорий протек<СГ к о н ъ ю га ц и я. Это особая форма полового процесса, не связанная с размножением. Во время конъюгации инфузори и объеди­ няются в парочки. В каждой клетке происходит разборка старого макронуклеуса. Диплоидный микронуклеус претерпевает двухступенчатый мейоз , в результате чего в каждом партнере образуется по четыре гаплоидных ядра. Три из них резорбируются, а оставшееся четвертое делится митотически еще раз, после чего в каждой клетке остается по два гаплоидных пронуклеуса. К этому времени между клетками формируется цитоплазматический мостик. По этому мостику конъюгирующие инфузории обмениваются пронуклеусами . При этом один из про­ нуклеусов (стационарное ядро) остается в клетке, а второй (мигрирующее ядро) переходит в партнера. То же самое происходит с ядрами последнего . После обмена мигрирующими пронуклеусами цитоплазматический мостик разрушается. Пронуклеусы в клетках сливаются друг с другом, и каждый конъюгант приобретает дипло­ идное ядро, или син карион . По своей сути синкарион соответствует ядру зиготы. Обычно в это время контакт между клетками нарушается, и они с нова возвращаются к самостоятель­ ному существованию. Уже в разошедшихся клетках в результате серии специальных, так называемых постгамных делений восстанавливаются дипл оидный микронуклеус и зачаток макронуклеуса. Последний в результате сложного процесса «созреваю1я» приобретает харак­ терную для каждого конкретного вида инфузорий генетическую структуру. Иногда при отсутств и и партнеров для спаривания (конъюгации) половой процесс, протекающий в этом случае в форме автогамии, может реализоваться в одной клетке. Далеко не всегда и нфузории, по своим морфологическим особенностям безоговорочно относимые к одному виду (Paramecium ca udatum , Р. aurelia, Р. bursaria и т. д.), могут конъюгировать друг с другом. Это объясняется тем обстоятельством, что каждый конкретный вид инфузорий имеет сложную внутривидовую структуру и представлен несколькими (иногда их может быть и несколько десятков) генетически разл ичающимися группировками, которые называются «типами спарива нию>. Конъюгируют между собой особи , относящиеся к разным, но обязательно комплементарным друг другу т и п а м с п а р и в а н и я. Распознавание ком­ плементарной клетки инфузор ии осуществляется с помощью особых веществ, называемых гам он а ми. Одни гамоны выделяются в окружающую среду, друг ие же могут оставаться связанными с плазмалеммой клетки. Гамоны , продуцир уе мые конкретными особями, действу­ ют на клетки, при надлежащие только к комплем е нтарному типу спаривания. Воздействуя на клетки , гамоны вызывают у них состояние готовности к коньюгации. Кл асс Spirotrichea (спиротрихи , или спирал ьнор есничные инфузории) Материал. Для знакомства с представителями класса Spirotrichea чаще всего исполь­ зуются те ил и иные виды брюхорес ничных инфузорий (отряд Hy potrichia) - стилонихии, эуплотесы и т. п . При этом в учебно-методической литературе (различные практикумы , учебные пособия) в подавляющем большинстве случаев приводится достаточно подробная характери­ стика именно стнлоннхнй (Sty/onichia my tilus). Подобный выбор не представляется вполне удачным. Стилонихии легко культивируются в лабораторных условиях, и с этой точки зрения это действительно удобн ый объект. Однако крупные стилонихии почти непрозрачны - рас­ смотреть расположение цирр на вентральной поверхности и, тем более, особенности внут­ реннего строения на них практически невозможно . Мы предлагаем в качестве базового объекта использовать виды рощ Euplotes, в ча­ стности Е. patella. По возможно сти получения массовых культур эуплотесы практически ни в чем не уступают стилонихиям. А вот прозрачно сть зндоплазмы делает Е. pate/la крайне
Инфузории - Ciliophora 115 удобным объектом в методическом отношении. Использование инфузорий этого вида позволяет практически во всех деталях рассмотреть особенности организации ресничного аппарата (все группы цирр, мембранеллы, ундул ирующую мембрану) даже при работе с учебными микро­ скопами. Кроме культуры, очень полезно использовать на занятиях постоянные препараты , окрашенные красителями гематоксилинового ряда. Долгое время таксон Spirotrichea (спиральноресничные инфузории) выде­ лялся фактически только на основании одного признака - наличия адоральной зоны мем.ОQ.анелл, за~ру~енной по спирали вправо и заканчwшб'щеЙся в обтi"сти цитос:rома. Это обстоятельство позволяло объединять в одну группу очень разных инфузорий -брюхоресничных (Нypotrichida), разноресничных (Heterotrichida) и ряд других. Детальное изучение особенностей организации корешкового аппарата и строения кинетид показало, что при таком подходе в один таксон попадают очень разные формы, явно далеко отстоящие друг от друга. Так, раз н оресничные инфузории (см. с. 124) ныне включаются в состав другого подтипа. По современным представлениям класс Spirotrichea включает пять отря­ дов, из которых ниже будет рассмотрен лишь отряд Hypotrichia. ПРЕПАРАТ.:= Euplotes patella (ри с. 34, А , Б ) Методические указания. На занятиях используют временные препараты, которые изучают с применением и малого (8•), и большого (40х) увеличений микроскопа. Лучше всего рассматривать инфузорий, перемещающихся по нижней поверхности покровного стекла, то есть обращенных к наблюдателю своей вентральной поверхностью. Для знакомства с осо­ бенностями строения ядерного аппарата рекомендуется выст~ttть на демонстрационных микроскопах постоянные препараты с окрашенными ядрами. Eиplotes patella характеризуется уплощенным телом неправильно овальной формы (рис. 34, А). Передний конец тела тупо срезан, тогда как задний немного вытянут. Сторона, обращенная от субстрата , или «дорсальная», слабо выпуклая. Напротив, сторона, обращенная в сторону субстрата, уплощена, а в своей передней части справа (при рассматривании инфузорий с «вентральной» сто­ роны) несет неглубокое впячивание. Оно имеет форму неправильного удлинен­ ного треугольника, вершина которого направлена назад и достигает уровня середины тела. Это обширное п e.)2.JLC т-о..лt ал ь н о е п о л е. Практически все хорошо заметные ресничные структуры сосредоточены на вентральной поверхности. Для представителей отряда Hypotrichia в целом характерна далеко заходящая дифференциация ресничного аппарата, который представлен образованиями нескольких типов. На вентральной поверхности Е. patella располагается несколько групп так называемых цирр. Цирра представляет собой пучок пло=но упакованны а­ тических_ресничек. КаждаЯ ресничка в составе цирры сохр ет свою самосто­ ятельность - то, что цирра функционирует как единая целостная структура, обусловлено строгой синхронизацией работы образующих ее ресничек. Обычно у видов рода Eиplotes выделяют следующие группы цирр. Самое переднее положение слева от перистомального поля занимает группа, состоящая из 7-8направленных вперед фронтал ьных чирр. В средней части тела,
Инфузории - Ciliophora 115 удобным объе1''ТОМ в методичес1'uм отношении. Испо.1ьзование инфузорий этого вида позволяет практически во всех деталях рассмотреть особенности организаuии ресничного аппарата ( все группы цирр, мембранеллы, ундулирующую мембрану) даже при работе с учебными микро­ скопами. Кроме культуры, очень полезно использовать на занятиях постоянные препараты , окрашенные красителями гематоксилинового ряда. Долгое время таксон Spirotrichea (спиральноресничные инфузории) выде­ лялся фактически только на основании одного признака - наличия адоральной зоны мем§Qанелл, закЕУ'!_енной по спирали вправо и заканч}'!ВаЮ'щеЙся в области цитос.тома. Это обстоятельство позволяло объединять в одну группу очень разных инфузорий - брюхоресничных (Нypotrichida), разноресничных (Нeterotrichida) и ряд других. Детальное изучение особенностей организации корешкового аппарата и строения кинетид показало, что при таком подходе в один таксон попадают очень разные формы, явно далеко отстоящие друг от друга. Так, разноресничные инфузории (см. с. 124) ныне включаются в состав другого подтипа. По современным представлениям класс Spirotrichea включает пять отря­ дов, из которых ниже будет рассмотрен лишь отряд Hypotrichia. ПРЕПАРАТ- Euplotes patella (рис. 34, А , Б) Методические указания . На занятиях используют временные препараты, которые изучают с применением и малого (8' ), и большого (40х) увеличений микроскопа. Лучше все го рассматривать инфузорий, перемещающихся по нижней поверхности покровного стекла , то есть обращенных к наблюдател ю своей вентральной поверхностью . Для знакомства с осо· бенностями строения ядерного аппарата рекомендуется выставить на демонстраци онны х микроскопах постоянные препараты с окрашенными ядрами. Eиplotes patella характеризуется уплощенным телом неправильно овальной формы (рис. 34, А). Передний конец тела тупо срезан, тогда как задний немного вытянут. Сторона, обращенная от субстрата, или «дорсальная», слабо выпуклая. Напротив , сторона , обращенная в сторону субстрата, уплощена, а в своей передней части справа (при рассматривании инфузорий с «вентральной» сто­ роны) несет неглубокое впячивание. Оно имеет форму неправильного удлинен­ ного треугольника, вершина которого направлена назад и достигает уровня середины тела. Это обширное п ер_ )1.-С. т-о..лt ал ь н о е п о ;; е. Практически все хорошо заметные ресничнЬlёСТРуктуры сосредоточены на вентральной поверхности . Для представителей отряда Hypotrichia в целом характерна далеко заходящая дифференциация ресничного аппарата, который представлен образованиями нескольких типов. На вентральной поверхности Е. patella располагается несколько групп так называемых цирр. Цирра !!Редставляет собой пучок пл~о упакова~а­ тических рес'.:!!"чек. Каждая ресничка в составе цирры сохраняет свою самосто­ ятельность - то, что цирра функционирует как единая целостная структура, обусловлено строгой синхронизацией работы образующих ее ресничек. Обычно у видов рода Eиplotes выделяют следующие группы цирр. Самое переднее положение слева от перистомального поля занимает группа, состоящая из7-8направленныхвперед фронталъных цирр. Всреднейчаститела,
116 фро11та~ьные цирры ротовая (эндора1ьиая) .неJибрана вентра1ьные цирры а11а1ы1ые цирры Малый практикум по зоологии беспозвоночных А краевые цирры макро11уклеус Рис. 34. Euplotes patella: перистомалыюе поле адора1ьные мембранеллы цитосто.\t пищеварите.1ьные Аtикро11уклеус Б А - внешний вид с вентральной стороны; Б - ядерный аппарат также слева от перистома, расположены две цирры , обозначаемые как брюшные, или вен трал ь н ы е. Уже в задней половине тела, немного влево от заднего конца перистома, расположены пять направленных назад а н ал ь н ы х ц и р р. Их основания образуют короткую поперечн ую дугу. И, наконец, едва отступя от заднего края тела, располагается широкая дуга, образованная 4-5 так назы­ ваемыми краевы.ми цирра,11и. По переднему краю и правой стороне перистома вплоть до его заднего конца тянется ряд адоральных ме.м6ранелл, или оральных полики­ нетид. В своей за.Дней части перистомальное поле образует немного вытянутый
Инфузории - Cil iophora 117 в длину карман , вдоль которого располагается ц и то ст 0,11. Слева от клеточ­ ного рта на стенке этого кармана находится ротовая (эндора.1ьная) л1 е J\t бра на, или (по другой терминологии) пароральная поликинети да. Рас­ смотреть эту структуру обычно удается лишь на сильно придавленных клетках. Остальные элементы цилиатуры (оральные реснички , расположе нные по переднему краю тела, дорсальные кинеты) можно рассмотреть либо на посто­ янных препаратах, обработанных протеинатом серебра (протарголом), либо с использованием специальной микроскопической техники (фазово-контрастного устройства). Слабозернистая, но при этом прозрачн ая эндоплазма эуплотесов содержит многочисленные пищ евар и т ельн ы е вакуо.7 и, заполненные гетеро­ генным содержимым. Сократительных вакуолей две, расположены они в средней части тела, но рассмотреть их удается не всегда. Ядерный аппарат (рис. 34, Б) представлен одним крупным колбасовидным .м ак р он у кл е у с ом. Он С-образно изогнут. Направление его изгиба в какой­ то мере повторяет направление изгиба дуги, образуемой адоральными мембра­ неллами, только задняя часть макронуклеуса далеко заходит за край перистома и достигает уровня анальных uирр. Ми крон у к д е у с - один; он маленький, компактный и чаще всего плотно приле гает к макронуклеусу в его средней ~.юсти. Euplotes patel/a (тип C ilioph o r a , подтип l ntra m acr onuc leata , класс Spi rotrichea, отряд Hyp otrichia) - представитель ш11роко распространенного рода, разные виды которого встре­ чаются в пресных водоемах. Эуплотесы, как и подавляющее большинство брюхоресн ичны х инфузорий, большую часть времени проводят на поверхности субстрата. Плавают они мало 11 не очень охотно. Для перемещения по субстрату инфузор ии испол ьзуют цирры. При этом имеет место известная функциональная дифференцировка этих образований . Так, для бега по субстрату и с пользуются фронтальные и вентральные цирры. Отогнутые назад анальные цирры , резко отгибаясь, позволяют инфузор иям совершать коротк ие броски как вперед, так и немного в сторону, а вот краевые цирры при перемещении инфузори й в толще воды, по-видимому, могут использо ваться как своего рода рули. Такая слож ная дифференцировка локомоторной соматической цилиатуры обусловливает приобретение гипотрихами чрезвычайно сложных и разнообразных форм локомоции. Инфузории способны быстро перемещаться по сложным траекториям, мгновенно останавливаться , резко менять направление движения и переходr1ть к плава нию. Очень своеобразен способ питания брюхоресничных инфузорий. Бегая по плотному субстрату на своих циррах, инфузории с помощью ресничных структур, локализованных на переднем конце тела, создают перед собой два мощных круговых тока вода, направленных навстречу друг другу. Пищевые объекты, вовлекаемые в эти потоки , под гоняются к переднему ~."Онцу тела, откуда вдоль пери стомального поля переносятся к цитостому. Особый интерес вызывает описанное на примере разных представителей Hypotrichia (Styloпychia, Euplotes и др.) явлен ие полиморфизма , обусловленное различиями в питании 11нфузорий. Переход эуплотесов от бапериофап1и к акrивному хищничеству и, в частности, к тпанию другими инфузориями , влечет за собой появление в популяции особенно крупных форм. Пропорции тела инфузорий и все основные видос пецифичные признаки при этом сохраняются . Недостаток пищи или ее качественное обеднение (например, переход к и склю· ч1пельной бал-териофагии) очень быстро приводит к появлению мелких форм. Другой пр11ч11ной проявления полиморфюма может стать наличие хищников в окру­ жающей среде. Сильный пресс со стороны хищных инфузорий приводит к появлению в по­ пуляции жертвы относительно крупных форм, вооруженных выроста~ш («шипами»). Такие <<г11 га нты» становятся недоступными для потенциальных хищников.
118 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Кл асс Phyllopharyngea (суктории, или сосущие инфузории) Материш~. Материал, используемый для знакомства с сукториями , может быть достаточно разнообразным. Подходят любые крупные формы (например, виды рода Tocophrya), часто встречающиеся в пресных водоемах. Нам, однако, более удобным представ­ ляется традиционный объект De11drocometes paradoxus. Этот широко распространенный ком­ менсал часто поселяется на жаберных лепестках ножек пресноводных бокоплавов Gammarus ри/ех. Удобнее всего работать с тотальными препаратами, изготовленными из жаберных лепестков с rтрикрепившимися к ним инфузориями и окрашенными каким-либо гематокси­ лином. Положение Suctoria в системе Ciliophora до сих пор остается предметом серьезных научных дискуссий. Долгое время сосущие инфузории противопо­ ставлялись ресничным (Ciliata). Позднее, однако, с появлением новых подходов к созданию системы инфузорий их стали включать в состав упоминавшегося выше класса Kinetophragminophorea в качестве самостоятельного подкласса Suctoria наряду с другими группами. Более того, высказывалось мнение, что не все суктории могут рассматриваться как близкородственные формы и, соответ­ ственно, отдельные представители этой группировки должны быть отнесены к другим таксонам. В самое последнее время некоторые исследователи снова подтверждают филогенетическую целостность сукторий как самостоятельного таксона. Диску­ тируется лишь вопрос о его ранге и положении среди остальных инфузорий. В соответствии с принятой в настоящем издании системой Suctoria рассматри­ ваются всего лишь как самостоятельный отряд в составе класса Phyllopharingea наряду с некоторыми другими. Но в научной литературе существуют и другие варианты решения этой проблемы. В целом взрослые Suctoria характеризуются утратой цилиатуры, что со­ провождается и утратой способности к активной локомоции. Вместо этого у них появляется крайне специал.изи_Qованный ловчий аппарат, пред­ ставляющий собой систему простых (щуп аль ц а) или ветвящихся -(«р_у к и» с «п а л ь ц а м И_?>) выростов, с помощью которых осуществляетёя облов окружающего пространства. Наряду со свободноживущими сукториями имеются комменсальные формы и настоящие паразиты, посел.яющиеся внутри своих жертв. Ш ироко распространены суктории в пресной и в морской воде. Прикрепленный, в том числе и симбиотический (комменсальный или паразитический) образ жизни неизбежно привел к усложнению жизненного цикла сукторий. У них имеется специализированная расселительная стадия - б р од я ж к а. Бродяжки у сосущих инфузорий формируются в результате почкования. Они обладают очень просто устроенной соматической цилиатурой, используя которую они могут- некоторое время активно плавать в воде. Бродяжки не питаются, так как лишены ротового аппарата. В более старых работах и учебниках их часто называли «Эмбрионами» («свободными эмбрионами»). Осевшая на субстрат бродяжка претерпевает своего рода метаморфоз и, в конце концов, превращается во взрослую сукторию.
Инфузории - Ciliophora 119 ПРЕПАРАТ - Dendrocometes paradoxus ( р ис. 35) Методические указания. Окрашенные гистологическими красителями постоянные препараты, изготовленные из жаберных лепестков бокоплавов с локализующимися на их поверхности инфузориями, изучают под микроскопом с использованием объектива 40' . При демонстрационном показе препаратов лучше выбирать такие клетки, которые располагаются по краю жаберного лепестка, так что наблюдатель их видит в профиль. В этом случае хорошо видна форма клетки и положение «рук». При наличии живого материала можно на занятиях продемонстрировать и его. При этом появляется возможность показать, как инфузории ловят свою добычу и питаются. ,накронуклеус «руки» .мuкронукдеусы Рис. 35. Dendrocometes paradoxus, вид сбоку При рассматривании постоянного препарата в первую очередь бросается в глаза жаберный лепесток рачка, служащий субстратом для комменсаль­ ных инфузорий. В зависимости от интенсивности окрашивания и типа исполь­ зованных красителей можно увидеть либо только окрашенные ядра клеток хозяина - их цитоплазма в этом случае остается совершенно прозрачной и бесцветной , л ибо еще голубоватый или розоватый фон, обусловленный окраской цитоплазмы. Как правило, инфузории D. paradoxиs локализуются по периферии жабер­ ных лепестков. Если инфузория находится на плоской поверхности лепестка, то мы ее видим сверху (в плане). Среди инфузорий, поселяющи хся на самом краю или совсем близко к краю лепестка, до вол ьно часто попадаются клетки, которые можно рассматривать в профиль. Тело дендрокометеса имеет форму не очень правильной полусферы. Нижняя поверхность, с помощью которой инфузории фиксируются на лепестках, упло­ щена и даже немного вогнута (на препаратах эту деталь рассмотреть невозмож-
120 Малый практикум по зоологии беспозвоноч н ых но). Противоположная ей поверхность , обращенная от субстрата, часто бывает сильно выпуклой. Это хорошо видно лишь на клетках, расположенных боком по отношению к глазу наблюдателя. При рассматривании сверху тело выглядит как не очень правильный круг. От тела инфузории отходит несколько массивных выростов. Количество их варьирует у разных особей (2, 3, 5, очень редко больше), но преимущественно встречаются инфузо рии с четырьмя такими выростами. Эти выросты обычно называют «рук а м и». Ориентированы они в радиальном направлении. Как правило, «руки» берут начало от нижней и средней частей тела инфузории. Верхний отдел выпуклого тела инфузории «рук» никогда не несет. Обычно «руки» направлены немного вверх и расположены под углом к плоскости поверхности субстрата. На некотором расстоянии от поверхности тела «руки» начинают ветвиться , при этом часто образуются ответвления второго и даже третьего порядков. Каждое ответвление заканчивается несколькими «сосательными пальцал1и», или щуп альцами . На своем свободном конце все щупальца (пальцы) несут небольшие округлые цитостомы. Таким образом, ротовой аппарат сукторий оказывается сильно полимеризованным. Эндоnлазма, заполняющая основной объем тела инфузории , чаще всего выглядит зернистой. В центральной части клетки располагается относительно крупный овальный м а кр о ну кл е у с, интенсивно окрашивающийся ядерны­ ми красителями. Ми крон у кл е у с ы (у дендрокометесов их три) маленькие. Располагаются они вокруг макронуrщеуса и очень часто практически полностью маскируются последним. Кроме того, их бывает трудно дифференцировать на фоне грубозернистой цитоплазмы. Сократительная вакуоль видна не у всех инфузорий. Это зависит от того, в какой момент цикла работы сократительной вакуоли клетка была зафикси­ рована . В тех случаях, когда она разл ичима , ее можно найти в верхней части клетки сбоку от макронуклеуса. Выглядит она как правильно округлый прозрач­ ный пузырек. Dendrocometes paradoxus (тип Ciliophora, пo.arnn lnt r a macronucleata, класс Ph yll o- pharyngea, отряд Suctoria) - часто встречающийся представ итель сосущих инфузорий, является типичным симбионтом-комменсалом. Жить вне хозя ин а (за исключением относительно корот­ кого пребыван ия во внешней среде расселительной бродяжк и ) они не могут. С этой точки зрения эти отношения могут рассматриваться как облигатный, то есть обязательный, симбиоз. D. paradoxus строго адаптирован к конкретным услов иям , которые складываютс я в жаберной полости рачка при постоянной работе жаберных лепестков,- с корости тече ния , насыщению воды кислородом и т. д . Однако, заселяя определенный б иотоп на теле рачка, эти орган измы не вступают с ним в более тесные и интимные взаимоотношеt1 ия. Питаются они как настоящие х ищники , вылавливая из проносящегося мимо ни х потока воды различных инфузорий. Они не конкурируют со своим хозяи ном за пищу и уж тем более не используют его самого как источник пищи . Инфузории не причиняют рачкам никакого заметного вреда и потому не могут рассматриваться как настоящие -паразиты . Такого типа отношения, при которых хозяину практиче ски безразлично наличие или отсутствие постоянного сожителя, а последний без хозя ина самостоятельно существовать не может, представляют собой особый тип симбиоза - комменсализм.
Инфузории - Ciliophora Класс Heterotrichea (гетеротрихи, ил и разноресничные инфузории) 121 Материш~. На занятиях чаще всего используют разные виды po.m Stentor, или трубачей . Наиболее удобным объектом является часто встречающийся в небольших природ­ ных водоемах интенсивно пигментированный S. coeruleus. Этот вид хорошо культивируется в лабораторных условиях. Кроме живого материала, который выдается студентам в виде временных препаратов, желательно иметь и тотальные , постоянные препараты, окрашенные по Фельгену или красителями гематоксилинового ряда, на которых можно рассмотреть детали организации ядерного аппарата и ресничное вооружение перистомального поля. Непигментирован ные или содержащие зеленых эндосимбионтов виды porn Stentor менее пригодны для использования на занятиях. В первом случае очень трудно рассмотреть направление кинет, во втором же - многочисленные симбионты маскируют практически все внутренние органоиды. Наряду с трубачами (или вместо них) на занятиях можно предлагать и других отно­ сительно крупных гетеротрихид - представителей родоо Spiюsotonшm, Bleplim·isma и т. п. Класс Heterotrichea, или разноресничные инфузории, объединяет формы, для которых характерна четкая дифференцировка реснично[J)J~ра,;а.~­ .I.!:!Чес~ цилиа!)'32а представлена многQчисленными 20:1нетами, ор.!:!_ентироваJ:ШЬJ..­ ми параллельно продольной оси клетки или под небольшим углом к ней. Пе.ыистом, ИЛИ перистомальное поле, ограничен рядом оолее крупн~сничных структур. Это адоральные мембранеллы, или поликинетиды (см. с. 116, 124). Поверхность перистомального поля при этом несет типичные кинеты. Иногда егоназываютперистомальным полем соматических кинет. Многие гетеротрихи достигают весьма крупных размеров и могут быть хорошо различимы невооруженным глазом. Некоторые виды окрашены. Почти все крупные гетеротрихи - х ищники , питающиеся, в том числе , и другими инфузориями. ПPEПAPAT-Stentor coeruleus (рис. 36, А , Б) Методические указания. На занятиях можно показывать три типа объектов. Не­ большие объемы культуры стенторов в часовых стеклах или солонках выставляют демонст­ рационно под бинокулярами. Это позволяет познакомить студентов с характерной формой тела «расправленных» трубачей. На прикрепившихся клетках бывает хорошо видна работа адораль­ ных мембранелл. Обычные временные препараты необходимо использовать для более деталь­ ного знакомства с организацией стенторов. При этом следует пользоваться не только малым (8х), но и большим (40х) увеличением микроскопа. И , наконец, на демонстрации следует выставить тотальные, постоянные препараты, окрашенные ядерными красителями. В культуре большая часть инфузорий прикрепляется к субстрату. Неко­ торое количество клеток активно плавает в толще воды. С характерной формой тела, присущей представителям этого вида, следует познакомиться, рассматривая в первую очередь прикрепившихся инфузорий. Полностью расправленные, непотревоженные трубачи довольно сильно вытягиваются в длину и формой действительно напоминают раструб (рис. 36, А). Их передний конец тупо срезан в плоскости, почти перпендикулярной направле­ нию главной оси тела, и представляет собой обширное п ер и с т о,11 а ,1 ь н о е
122 Малый практикум по зоологии беспозвоноч н ых п о ,1 е. При рассматривании инфузорий сбоку бывает хорошо видно, что оно не плоское, а на одном из краев заметно опускается вниз и переход ит в небольшое углубление - преддверие, или в е с т и бул ю At. По краю перис­ томального поля при больших увели чениях можно наблюдать работу адоральных мембранелл в виде легкого мерцания. Сразу же за перистомал ьным полем тело стентора начинает плавно су­ жаться. У полностью расправленных инфузорий его задн ий участок, на который иногда приходится больше половины общей длины , вытянут в тонкий трубчатый хвост. Самый задний конец несет несколько коротких псевдоподиеобразных выростов, об разующих так называемую прикрепительную орга неллу. С ее помощью инфу зории и прикрепляются к субстрату. При раздражении стенторы рез ко сокраща ются. Их тело становится по­ чти округлым, только едва выдается в виде небольшого конуса самый зад­ ний участок. Если со кращен и е прои сходит практически м гн овен н о, то на расправле ни е и возвращение клетки в исходное состоян ие требуется н е менее 10 секунд. В культуре практич ески всегда можно наблюдать и несколько плавающих инфузорий. Их форма заметно изменяется. Отделившиеся от субстрата клетки сохраняют характерную форму раструба, только их оттянутый задний участок заметно укорачивается. Иногда немного окру гл яется и самый передний конец клетки. В этом случае клетка приобретает неправильн о яйцевид н ую или почти овальную форму. На временных препаратах полностью рас правленные стенторы практичес­ ки никогда н е встречаются - все они демонстрируют в зависимости от толщ ин ы слоя культуральной жидкости под покр ов ным стеклом ту или иную степень сок раще ния . Если в качестве учебного объекта выбраны пигментированные виды рода Stentor (в первую очередь рекомендованный вид S. coeruleus), то удается хорошо рассмотреть некоторые закономерности распределения пи гмента в кортикальной зо н е цитопла змы клетк и. При малом, а еще лучше при использова нии большого увеличения мик­ роскоп а (объектив 40") хорошо видно, что сине-зеленый пигмент - стенторин - залегает в поверхностной цитоплазме в виде относительно широких полос, между которыми остаются очень узкие светл ые промежутк и . Эти белесоватые полоски ( на рис. 36 они изображены в виде тонких прерывистых темн ы х ли ний) располагаются на поверхности тела стентора очень правильно. В целом, за исключе нием перистомального поля, о ни ориентированы в продольном направ­ ле нии . Н ачинаясь от границ·ы перистома, они тя нутся к заднему концу тела. Лишь на той стороне, к которой прилегает располагающийся на перистоме вести булюм, эти светлые полос ки сходятся друг с другом под острым углом. Картина эта весьма напоминает организацию преоральноrо шва, описанного ранее у инфузории-туфельки (см. с. 104). На перистоме также имеются аналогичные светлые полоски, но ори е н­ тированы они здесь совсем иначе. В учеб ной литературе иногда пиш ут, что они располагаются по кругу или даже образу ют «кольца>>. Это не совсем коррект­ ное утвержден ие, ибо замкн утые кольца никогда н е встречаются. Все полоски ,
Инфузории - Ciliophora перuстомальное поле четковид11ый __...,.~ макро11уклеус пищеварительные вакуоли А .макронуклеус 123 вестuбулюм сократительная вакуоль с приводящими каналами вестuбулюм микронуклеусы Б Рис. 36. Stentor coeruleus: А - внешний вид; Б - ядерный аппарат расположенные на перистомальном поле, отходят от его края на сравнительно коротком участке, берущем начало непосредственно от границы вестибулюма. Далее они идут параллельно краю перистомальноrо поля. На наклонном, пред­ вестибулярном участке перистома они постепенно сближаются друт с друтом и по спирали направляются внутрь вестибулюма. Таким образом, следует го­ ворить о спиральном, а не о крутовом или кольцевом расположении полосок. Вся описанная выше система разделяющих зоны концентрации пигмента (стенторина) светлых полосок точно соответствует расположению кинет на теле стентора. Непосредственно в кортикальной цитоплазме эти зоны заняты крайне специализированным корешковым аппаратом и специальными сократи­ ~1ыми структурами - мионемами (см. с. 124). Рассмотреть эти структуры так же, как и очень короткие соматические реснички, при использовании обычных
124 Малый практикум по зоологии беспозвоночных объективов (40х) не удается. В лучшем случае по контуру тела можно увидеть очень легкое мерцание, обусловленное работой кинет. По краю перистомального поля, собственно ограничивая его по перифе­ рии, располагается ряд поликинетид - ад оральных мембране л л. Обычно они выглядят как очень крупные ресничные образования, имеющие вид коротких пластинок. Эти пластинки ориентированы перпендикулярно краю перистома. Ряд мембранелл начинается слева от опускающейся вестибулярной зоны перистома, полностью огибает его и уже с другой стороны, то есть справа, снова приближается к вестибулюму и входит в него вместе с концевыми уча­ стками соматических кинет перистома. Детали расположения ресничных элемен­ тов внутри вестибулюма рассмотреть не удается. В эндоплазме стентора легко различимы многочисленные п и щ е в ар u- m ел ь н ы е в а ку о л и с гетерогенным содержимым. В передней части клетки, недалеко от вестибулюма залегает крупный резервуар сократитель­ ной вакуоли. К нему подходятсобирательные приводящие кана­ л ы. У трубачей их два. Один залегает параллельно краю перистома и потому почти кольцеобразно изогнут. Второй , почти прямой , далеко проникает в задний конец тела. Ядерныйаппараттрубачейпредставленодним четковидным макро­ нуклеусом идесяткомснебольшимоченьмелких ..i1икронуклеусов. У живых инфузорий на временных препаратах в лучшем случае можно рассмот­ реть лишь фрагменты макронуклеуса. При этом удается видеть отдельные вздутые участки этого ядра. Они обычно имеют вид овальных или неправильно округлых пуз ырьков , сильно преломляющих свет и окрашенных в золотистый цвет. Мик­ рон уклеусы у живых инфузорий рассмотреть невозможно. На постоянных , окрашенных препаратах (рис. 36, Б) хорошо виден длин­ ный действительно четковидный макронуклеус. Его вздутые участки, содержа­ щие большое количество хроматина, разделены узкими перетяжками . Так как более десятка очень мелких микронуклеусов располагаются недалеко от «четою> макронуклеуса, то заметить их бывает нелегко. Они видны, если оказываются сбоку от вздутия макронуклеуса. Когда микронуклеусы лежат над ним или под ним, на фоне интенсивно окрашенного ядра их рассмотреть не удается. Stentor coemleus (тип C iliophora, подтип Postciliodesmatoph ora, класс Heterotric hea) - широко распространенный вид, поселяющийся в неболь ших пресных водоемах. Большую часть времени стенторы проводят на одном месте, прикрепившись к поверхности подводных предметов. Иногда при этом формируются своего рода поселения, насчитывающие до несколь­ ких сотен особей. К плаванию трубачи переходят не очень охотно - обычно это стимулируется внешними воздействиями. Стентор ы способны поглощать достаточно разнообразную пищу, но основу последней составляют все-таки мелкие жгутиконосцы и инфузори и. Поступление добычи в вестибулюм осуществляется благодаря интенсивной работе адоральных мембранелл и ресничек кинет, расположенных на перистомальном поле. Выше уже говорилось о способности стенторов к практически мгновенному и очень энергичному сокращению тела. Это обусловлено наличием у трубачей и дру ги х rетеротрих уникального и очень эффективного сократительного аппарата, состоящего из двух функци­ онально связанных, но морфологически совершенно независимых составляющих. Первая представлена очень мощно развитыми микротрубочковыми ла м еллам и , или лентам и , которые
Инфузории - Ciliophora 125 по своему происхождению представляют собой специализированные постцилиарные микро­ трубочковые корешки . Они развиты очень сильно, достигают значительной длины и, пере­ крывая друг друга на большом расстоянии , образуют мощные ленты, или постцилиарные кинетодесмы. Непосредственно под ними, не вступая с этими модифицированными корешками в контакт, в окружении многочисленных митохондрий и каналов ЭПР залегают построенные из тонких микрофиламентов мионемы . Это вторая составляющая сократительного аппарата. Считается, что повышение концентрации ионов са -, выходящих из каналов ЭПР в цитоп­ лазму, вызывает резкое сокращение мионем за счет и зменения конфигурации образующих ее микрофиламентов. Этот процесс зависит только от присутствия кальция и не требует затрат энергии молекул АТФ (АТФ-независимое сокращение). При уменьшении длины клетки про­ исходит и укорочение постцилиарных кинетодесм - образующие их ламеллы пассивно сдви­ гаются относительно друг друга. Расправление клетки, возвращение ее в исходное состояние, как уже было сказано выше, требует значительно большего времени. Осуществляется оно, по-видимому, за счет постцилиарных кинетодесм и требует затрат АТФ (АТФ-зависимый процесс). Считается, что отдельные ламеллы, входящие в состав кинетодесм, активно смешаются относительно друг друга и в конце концов возвращаются в исходное положение. Возможно, что в этом случае работает тубулин-динеиновый комплекс, аналогичный тому, который функционирует в аксо­ немах жгутиков и ресничек.
ТЕМА: ГУБКИ (Spongia = Porifera) Под названием Spongia, или Porifera, объединяются древние многоклеточ ­ ные животные, которые в своеи эволюции не дост~ уровня тканев~гани­ зации, то есть составляющие их тело клетки не интегрированы'1f"tnrе'i'ОЯщие ткани. Строение губок настолько своеобразно, что сравнивать особенности их строения с орган изацией остальных многоклеточных животных практически невозможно. Долгое время в составе Metazoa губок выделяли в самостоятельную группу Parazoa (подобные животным), противопоставляя их, таким образом, всем остальным многоклеточным, которых обозначали как Eumetazoa (исти нные, или настоящие, многоклеточные животные). Сами губки при этом рассматривались как один тип. В настоящее время эта точка зрения представляется устаревшей. Губки - это сборная группа, представленная несколькими самостоятельными и, главное, хорошо обособленными ти пами как ископаемых, так и современных нам орга­ низмов. Всех губок объеди няет то, что для них характерны некотор ые сходные принципы организации и функционирования, что, однако, ни в коей мере не свидетельствует об общности их происхождения. ,.D11!ш.- исключительно водные организмы, ведущие прикрепленный. образ жизни. Основная масса видов обитает в море, и лишь небольшое количество форм втори чно освоило пресные водоемы. В целом губкам присущи следующие приз1:1аки. 1. Губки многоклеточные, модульные организмы, которые еще не д~тиг­ ли уровня тканевой организ~ции. Настоящие зародышевые листки отсутствуют. 2.Тело губок образовано тремя основными группами клеток, не сопо­ ставимыми с зародышевыми листками других многоклеточных (экто-, мезо­ и энтодермой). Покровный слой клеток - п и н а к одер м а образован спе­ циализированными клетками - п и н а к о ц и та м и. "'ПИ'накодерма встречается и в некоторых участках водоносной системы (см. с. 129). Х о а н од е~ а, выстилающая жгутиковые камеры, образована особыми в о_р о т н и ч к о в ы м и кл е т к а мл, или хо ан о ц и та м и. Между этими двумя эпителизованными клеточными пластами располагается м е з о х и л, представляющий собой меж­ клеточные вещество, в котором присутствуют скелетные элементы и множество отдельных клеток, выполняющих разные функции. 3. Длягубокхарактерно наличиеособой водоносной системы. Она не имеет аналогов у других многоклеточных животных. С ее помощью реализуются такие функции, как питание, дыхание, выделение и размножен~rе. Водоносная система включает в себя три основных элемента:выстланные пинакодермой каналы, по которым осуществляется ток воды через тело губки; хо ан о ц и т н ы е к амер ы, в которых благодаря работе жгутиков воротнич­ ковых клеток генерируются токи воды и осуществляется захват пищевых частиц; слонгиоцель(па_Р.агаC"rЕ,альная полость)- полостьвнутригуб­ ки , открывающаяся н аружу широким отверстием - о с к у л ю м о м, через которое выводится поступающая в тело губки вода. Различают три типа организации водоносной системы: а~. сиконоидная и лейконоидная. Впервыхдвухслучаяхбокаловид-
Губки - Spongia (= Porifera) 127 ньт-- СПОJjГШ>дел.о._ хорошо развит. В последнем - он чаще всего представлен системой широких каналоs;-tвязанных с оскулюмом. 4. Губки - фильтраторы. Пищевые частицы поглощаются клетками в хо­ .:-- аноцитных 1<амерах.11ёреваривание пищи осуществляется внутриклеточно. Ды- хание диффузное, посредством водоносной системы . - 5. Мышечная и нepвl-l_illl....c~ы отсутствуют. 6. Размножеtте пол о в о е и---оес-n Q л о е. Оформленные гонады отсутствуют, половые клетки исходно располагаются в мезохиле. 7. Большинство губок развивается с метамор_фозом. Типичные личинки - амфибластулаиrr11ренхимула. ~ассмотрим представителей двух типов - Calcispongiae (Sycon raphanиs) и Demospongiae (Geodia sp., Tethya sp., Ephydatia sp., Eиspongia sp.). Тип Calcispon_giae (кальциевые губки) Материал. Кальциевых губок изучают на примере видов рода Sycon, имеющих четко выраженную сиконоидную организацию водоносной системы. На занятиях используются декальцинированны е гистологические срезы, окрашенные гематоксилином Гейденгайна. До­ полнительно следует продемонстрировать внешний вид губок этого рода (рис. 37, А). Для этого можно использовать как музейные препараты, так и раздаточный материал, если он имеется в учебной коллекции . Приведенная выш е общая характеристика губок практически полностью относится и к кальциевым губкам. Наиболее яркой специфической особенно­ стью этой группы является то, что их минеральный скелет представлен спи ­ кулами , построенными из карбоната кальция. Сп икулы (одноосные, трехосные и четырехосные) имеют примерно одинаковые размеры и не разделяются на микро- и макросклеры. У Calcispongiae встречаются все три типа водоносной системы. Кальциевые губки живородящие. Личинки типа паренхимулы или амфибластулы. Тип Calcispongiae Q..Одразделяется на два класса: Calcinea и Calcaronea. Для представителей первого класса характерна асконоидн~я или сиконоидная орга­ низация. У представител ей второго, к которому относится и род Sycon, водо­ носная система может быть всех трех типов. ПРЕПАРАТ - поперечный срез через Sycon sp. (рис. 37, А-В) Методические указания. На занятиях изучают поперечные гистологические срезы, окрашенные железным или любым другим гематоксилином. Сначала срез рассматривают при малом увеличении микроскопа (8х) (рис. 37, Б), а затем отдельные фрагменты при боль­ шом (40") (рис. 37, В). К сожалению, гистологические срезы, приготовленные из декальци­ нированного материала, не дают полного представления о строении изучаемых губок, так как их скелет предварительно полностью растворяется. Большинство представителей род~ Sycon характеризуется сравнительно небольшими размерами - от нескольких миллиметров до 1,5 - 2,0 сантиметров. Тело узкомешкови дное (рис. 37, А). Верхняя половина тела плавно сужается
128 А Малый практикум по зоологии беспозвоночных пучки спикул ОКО.10 пор хоаиоциты приводящий ка11а.1 "·~ -~ io/~ археоцuты ... .. в Рис. 37. Известковая губка Sycon sp.: А - внешний вид; Б - nоперечный срез при малом увеличении; В - участок среза при большом увеличении
Губки - Spongia (= Porifera) 129 к аnикальному концу, нижняя более резко за круглена и на своем конце несет небольшую nодошву, с nомощью которой губка прочно nрирастает к субстрату. На аnикальном конце располагается иногда сдв инутый немного набок оскулюм. Рассмотреть его удается далеко н е всегда , так как он окружен плотным венчиком крупных о с к ул яр н ы х с п и к ул. Остальная поверхность тоже несет боль­ шое количество спикул , но не таких крупных. Они группируются главным образом вокруг пор, ведущих в водоносную систему. В поnеречном сечении тело почти nравильно округлое, что хорошо видно на гистологических срезах (рис . 37, Б). Центральную часть среза занимает сп о н г и о ц ел ь , или парагастральная полость, имеющий вид округлого пу­ стого пространства. Наружный контур тела не гладкий , а образует мноrочис­ ле~ые довольно гл~ок~кие впячивiiПия в толщу:rела гу~ки. ОFПf"'П'М"еют вид неправильных по форме и слегка изгибающихся каналов. Это так называ­ емые п-р и-в о дJl щ_ и е к а н ал ы водоносной системы (иногда их еще обозна­ чают как интеркалярные полости), по которым вода поступает в тело губки. Некоторые из них почти достигают спонгиоцеля. И наружная поверхность губки, и эти каналы выстланы п и н а к од ер­ , 1 1 о й - клеточным пластом, сформированным очень плоскими чешуевидными клетками - п и н а к о ц и т а .м и. На срезах, будучи перерезанной поперек, каждая клетка имеет вид очень тонкой пластинки , и только участок, где рас­ полагается плотное, интенсивно окрашивающееся ядро , кажется слегка утолщен­ ным (рис. 37, В). Рассмотреть пинакоциты удается только при использовании большого увеличения микроскопа (объектив 40х). Пинакодерма выстилает также и спонгиоцель. Наряду с приводящими каналами, открывающимися на поверхности тела губки, на срезе можно легко обнаружить замкнутые полости , ограниченные такими же плоскими клетками. Наличие подобных полостей объясняется тем, что на срез попал только участок слегка изог нутого приводящего канала, рас­ положенный выше или ниже того уровня, на котором этот канал открывается на наружной поверхности губки. От спонгиоцеля берут начало также глубоко вдающиеся в толщу тела губки жгутиковые камеры. Они, в отличие от приводящих каналов, часто имеют почти правильную - удлиненно овальную форму. Их стенки обра ­ зованыхоанодермой- слоем хоаноцитов, расположенных водин слой. Хоаноциты заметно крупнее пинакоцитов и поэтому хорошо видны даже при малом увеличении микроскопа. Правда , в этом случае хоанодерма выглядит как сплошная, интенсивно окрашенная линия, образованная плотно упакован­ ными небольшими тельцами. Лишь при использовании большого увеличения (объектив 40х) и на хороших, не перекрашенных срезах можно увидеть , что хоаноциты имеют вид кубических клеток , содержащих довольно крупное ок­ руглое ядро. При более интенсивной окраске эти детали становятся незамет­ нЬ1ми - хоаноциты выглядят как сплошные темные пятна. Воротнички и жгу­ тики хоаноцитов при обычной гистологической обработке не сохраняются. Некоторые жгутиковые камеры на препаратах оказываются слепо замк­ нутыми. И в этом случае причина заключается в том , что устье камеры, соединяющее ее со спонгиоцелем, оказал ось выше или ниже плоскости среза. 5- 175
130 Малы й практикум по зоологии беспозвоночных Приводящие каналы и жгутиковые камеры довольно правильно череду­ ются друг с другом. Между собой они соединяются с помощью узких отверстий (прозопилей), которые на обычных гистологических срезах рассмотреть не удается. Пространство между жгутиковыми камерами заполнено м е з о х и л о м, имеющим тонковолокнистую структуру. В нем можно обнаружить довольно крупные клетки - арх е о ц и т ы. Последние имеют неправильно округлую форму и крупное светлое ядро с отчетливо разл ичимым ядрышком. Эти детали бывают хорошо видны только при использовании большого увеличения мик­ роскопа (объектив 40х). На некоторых срезах в мезохиле , в непосредственной близости от хоа­ нодермы, можно обнаружить развивающиеся а м ф и 6 л а с ту л ы (см. ниже). ПРЕПАРАТ - амфибластула Sycon sp. (рис. 38) Методические указания. Для знакомства с амфибластулами используют гистоло­ гические срезы губок, зафиксированных в момент размножения (см. рис. 37, В). Обычно и з­ за ограниченности доступного материала такие препараты выставляют на демонстрационных микроскопах. При подготовке демонстрации необходимо выбирать личинок, перерезанных в продольном направлении, и рассматривать их при большом увеличении микроскопа (объек­ тив 40•). микромеры макром еры Рис. 38. Sycon sp" амфибластула В мезохиле размножающейся губки одновременно развивается мно­ жество личинок. Процесс этот чаще всего осуществляется практически син­ хронно. Тело личинки состоит йз клеток двух типов. Одни из них относительно мелкие, вытянуты в длину и располагаются веером, образуя переднюю полусферу личинки. Это так называемые м и кроме р ы . Они несут реснич­ ки. Задняя часть амфибластулы образована м-а"Кр--о---м.е...р..д..,м_JЬ, группой округлых полипотентных клеток без ресничек. Внутри личинки видна небольшая полость.
Губки - Spongia (= Porifera) 131 Губки рощ Sycon (rnп Calcis p on giae, класс Calca r o n ea, семейство Sycettidae) часто встречаются на глубине 15- 20 м в северных морях, омывающих Россию. Наиболее известный вид - S . rapha11us. Эти губки часто поселяются на дне вместе с красными водорослями. , Развитие личинок_!]ротекает в теле губки, ~ще мезохила. Предполагается, что оогонии возникают из археоцитоподобных амебоидных клеток, в свою очередь берущих начало от хоаноцитов. Спермин у сикона без жгутика и образуются также из хоаноцитов. Зрелые ооциты занимают место в мезохиле губки под хоанодермой, выстилающей жгутиковые камеры. При этом ближайшие к ооциту хоаноциты утрачивают жгутихи. Один из этих измененных хоаноцитов становится клеткой-носительницей, которая захватывает спермий из водоносной системы и передает его ооциту. После оплодотворения начинается процесс дробления, а вокруг зародыша в мезохиле образуется клеточная зародышевая оболочка. Из оплодотворенного яй ца развивается описанная выше расселительная личинка - амфибластула. После оседания личинка претерпевает довольно сложный метаморфоз, во время ко­ торого сначала формируется маленькая губка с асконоидной водоносной системой (стадия олинтуса). И лишь позднее она постепенно превращается во взрослую губку. Тип Demospongiae (обыкновенные губки) Материал. На примере обыкновенных губок изучают особенности организации ске­ лета у разных представителей этой группы . На занятиях следует использовать постоянные препараты , представляющие собой толстые неокрашенные срезы через тело нескольких видов: Geodia sp. (рис. 39), Tethya sp. (рис. 40), Ephydatia sp. (рис. 41 ), Euspo11gia sp. (рис. 42), различающихся по структуре скелета и набором спикул. Дополнительно можно выставить на демонстрацию постоянные препараты спикул, полученных из предварительно мацерированных губок. При работе с препаратами необходимо использовать и бинокуляр, и микроскоп. Знакомство с более тонкими деталями строения осуществляют по электронограммам. В настоящем издании предлагается электронограмма среза через хоанодерму губки из рода Halisarw и фотография внутренней поверхности жгутиковой камеры (Corticium cande/abn1m из группы Homoscleromorpha) , полученная методом сканирующей электронной микроскопии. На примере пресноводной губки Ephydatia sp. рассматривается организация геммул. Обыкновенные губки - многочисленная группа, объединяющая морские и пресноводные формы. Для них характерно удивительное морфологическое разнообразие , сочетающееся с очень широкой индивидуальной изменчивостью формы тела. У подавляющего большинства обыкновенных губок..Jtодоносная система ле.йrоноипнш:о типа. Жгутиковые камеры небольшие. Хоаноциты выполняют в основном вододii:i'гательную функцию и участия в питании, в отличие от кальциевых губок, почти не принимают. Мезохил развит хорошо. Его основу составляет органический матрикс, пронизанный коллагеновыми волокнами~ зо~одерж!!J большое количество разнообразных-lвЮ'fок, выпод!!!ЮЩИХ функциИскелетообразования, питания, _ыазмн..Q2Ке.W:UL и т. д. Скелет за редкими исключениями хорошо развит. Он может быть мине­ ральным и состоять из кремниевых спикул или органическим, образованным из с п о н г и н а. Очень часто формируется минерально-органический скелет, в котором сочетаются кремниевые спикулы и спонгиновые элементы . Минеральный скелет состоит из крупных спикул - м а к р о с к л е р и мелких - м и к р о с к л е р. Среди макросклер различают одноосные (монаксоны) ичетырехосные (тетраксоны) спикулы.Микросклерыу демоспонгий очень разнообразны. 5•
-~ 132 Малый практикум по зоологии беспозвоночных У губок с хорошо развитым минеральным скелетом часто отмечается радиальное расположение макросклер - от центра к периферии (радиальный скелет). Когда спонгина много , из него формируется сетчатый скелет. Такие сетчатые скелеты из спонгиновых волокон могут быть армированы спикулами или инкрустированы посторонними частицами. У очень немногих видов скелет отсутствует. Размножение половое и бесполое. Бесполое размножение пресноводных губок связано с образованием г е м м у л. В составе Demospongiae традиционно выделяют два класса: класс Te tracti nomorpha, для представителей которого характерно радиальн ое располо ­ жение спикул скелета, и класс Ceractinomorpha, объединяющий формы преиму­ щественно с сетчатым минерально-органическим скелетом. Правда, в последнее время справедл и вость подобного разделения обыкновенных губок ставится под сомнение. В настоящем издании оба класса мы пока сохраняем. Ранее входившая в состав обыкновенных губок небольшая группа Homoscleromorpha ныне некоторыми исследователями рассматривается как са­ мостоятельный тип. ПРЕПАРАТ-скелет Geodia sp. (рис. 39, А , Б ) Методические указания. Для изучения толстых неокрашенных срезоо Geodia sp. необходимо использовать и бинокуляр , и микроскоп (малое увеличение). Сначала нужно рассмотреть и зарисовать положение макросклер , а потом, используя микроскоп, рассмотреть микросклеры и внести их на общий рисунок. Нужно помнить, что срезы очень толстые и фокусировка микроскопа должна осуществляться крайне аккуратно. Губки из рода Geodia, как правило, имеют вид шаров или неправильной формы комков, достигающих 50 и более сантиметров в поперечнике (рис. 39, А). Устья и поры рассеяны по всей поверхности губки или сосредоточены в особых углублениях. Обычно они хорошо заметны невооруженным глазом. Известную прочность геодиям придает наличие особого коркового слоя, построенного из специальным образом расположенных скелетных элементов - спикулам разного тииа. Снаружи тело геодии защищено пучками относительно небольших о д н о­ о с н ы х сп и к ул. На толстых срезах эти многочисленные пучки часто пе­ рекрывают друг друга, благодаря чему создается впечатление, что одноосные спикулы образуют сплошной слой (рис. 39, Б). Среди них поодиночке разбро­ саны звездчатые микросклеры. У основания пучков одноосных спикул можно рассмотреть разной формы и протяженности впячивания поверхности тела. Это элементы водоносной системы губки. Непосредственно под поверхностью губки располагается хорошо развитый к о р к о в ы й с л о й. Он массивный и обра­ зован сферическими микросклерами, называемыми с ф ер а с т р а м и. Они плотно прилегают друг к другу. У крупных особей корковый слой может достигать в толщину несколько миллиметров. Под корковым слоем в мезохиле залегают макросклеры - т е т р а к с о - н ы, имеющие специальное название т р и е н ы. Это четырехосные спику­ лы, имеющие три коротких луча, которые располагаются под углом 120° по
Губки - Spongia (= Porifera) 133 А сферастры Б Рис. 39. Обы кновенная губка Geodia sp.: А - внешний вид; Б - кортикальный скел ет
134 Малый практикум по зоологии беспозвоночных отношению друг к другу и плотно прилегают к нижней поверхности коркового слоя. Четвертый луч значительно длиннее и расположен перпендикулярн о к по­ верхности губки. Он глубоко уходит в мезохил. В м езох иле разб росаны отдельно лежащие звездчатые (много осные) ми кр о склеры. Губки из семейства Geodiidae (титт Demos pongiae, класс Tetractin omorph a , отряд Astroph orida = Choristida) широко распространены как в северных, так и в южных морях. Они поселяются на каменистых грунтах, на относительно небольшой глубине, на банках и у береrа. Это яйцекладущи е губки , но их развитие и ли чинки пока не изучены . ПРЕПАРАТ- скелет Tethya sp. (рис. 40, А , Б) Методические указания. См. препарат «скелет Geodill sp.». Губки из род~ Tethya имеют шарообразное тело со слегка бугорчатой поверхностью (рис. 40, А) . Они ярко окрашены в желтый и оранжевый цвета и по внешнем у виду напоминают апельсины. По-видимому, из-за этого за ними и закрепилось название «морские алельсиньш. Очень часто можно видеть, что от базальной части губки отходят короткие узкие тяжи, на концах которых располага ются небольшие шарообразные тельца. Последние представляют собой клеточные скопления, которые в дальнейшем разовьютс я в самостоятельны х губок. Так осуществляется своеобразное почкование тетий. Шаровидная форма тела этих губок поддерживается за счет хорошо раз­ витого радиал ьного скелета и коркового слоя (рис. 40, Б). Основу радиального скелета Tethya sp. составляют п у ч к и о д н о­ о с н ы х с п и кул. Последние соединяются друг с другом с помощью колла­ геновых волокон мезохила. В состав пучков, напоминающих плотно связанные снопы, входит 10-:Ю тонких иголок, заостренных с обоих концов . От центра губки к поверхности во все стороны расходятся мощные радиальные тяжи. Каждый тяж собран из отдельных пучков, связа нных др уг с другом своими концами. Рад иальны е тяжи выступа ют за пределы тела губки. Поверхностный корковый слой образован звездчатыми .ми кр о склер а.ми (многоосными спикулами ), которы е также в большом количестве разбросаны и в мезохиле. На препарата х чаще всего сох раняется оди н из р адиальных тяжей, вокруг которого в прилегаю щих участках мезохила хорошо видны помимо мелких микросклер относительно крупные многоосные спикулы - сфер а с тр ы. Губки po.m Tethya (тип Oemospongiae, класс Tetractinomorpha, отряд Hadro m e rida) широко распространены в теплых морях у побережий. Половое размн ожен ие этих губок изучено плохо. Личинка - просто устроенная пар енхимула. Бесполое размножение осуществ­ ляется путем формирования наружных почек.
- Губки - Spongia (= Porifera) корковый С..10 Й •.k- ..·.. ·: ..·" *·. . ~:.lf .".. . . . .~ ..~" ... . '•т ... .~. . if... " .. . . .. .. ··. ·~(" · ·...... ( ~ '· .. '~t:. .·. .. . ,. Рис . 40. Обыкновенная губка Tethya sp.: А - внешний вид; Б - кортикаль н ый скелет А звездчатые микросклеры пучки одноосных спикул {радUШlЬНЫЙ скелет) Б 135
136 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ПРЕПАРАТ - скелет Ephydatia sp. (рис. 41 , А , Б) Методические указания. На занятиях используются постоянные препараты, изго­ товленные из толстых неокрашенных срезов. Срезы следует рассматривать под малым уве­ личением микроскопа. Вместо Ephydatia sp. для изготовления срезов можно использовать губок из рода Spongilla, относящегося к тому же семейству Spongillidae. :flffl~.m пучки кре.мниевых - -'\ta----. ~шк рос юер Б Рис . 41. Обыкновенная губка Ephydatia sp.: А - внешний вид; Б - сетчатый скелет Форма пресноводных губок из род~ Ephydatia характеризуется удиви­ тельным разнообразием. Чаще же всего губки имеют вид корковых наростов на самых различных подводных предметах, к которым они прочно прира­ стают. Свободная поверхность губки несет многочисленные неправ ильной формы выросты (рис. 41, А). Окраска эфидатий варьирует от серой и бурой до зеле­ новатой. Скеnег Ephydatia sp. сетчатый, с ячейками неправильной формы (рис. 41, Б). Сеть образуется из пучков кремниевых спикул, соединенных спонгином. Спикулы представлены одноосными, большей частью шиповатыми м а кр о с кл ер а м и. Главными скелетными тяжами считаются те , которые направлены от основания губки к ее поверхности . В местах расположения их концов снаружи на теле замет ны маленькие конические возвышения - конули.
Губки - Spongia (= Porifera) 137 ПРЕПАРАТ - геммулы Ephydatia sp. (рис. 42) Методические указания. Геммулы эфидатии изучаются на тотальных препаратах на демонстрации при большом увеличении (объектив 40"). Следует выбирать такие экзем­ пляры, у которых хорошо в ид но поровое отверстие. У спонrиллы в отличие от эфидатии в стенке rеммулы отсутствуют амфидиски. Рис . 42. Геммуm Ephydatia sp. Геммулы имеют почти правильную шарообразную форму. Оболочка гем­ мулы несет ми кропиле (поровое отверстие), которое в виде воронки слегка выступает над поверхностью . Оболочка настолько плотная , что рассмотреть клеточное содержимое геммулы не представляется возможным. В составе оболочки хорошоразличимыособыемикросклеры- амфидиски. Каж­ дая спикула этого типа представляет собой две параллельно расположенные неправильной формы звездчатые пластинки , соединенные поперечным стерж­ нем. Амфидиски ориентированы таким образом, что их стержни расположены перпендикулярно поверхности геммулы. Они фактически образуют двухслойный панцирь , промежуток в котором запол нен воздухом. На поверхности геммулы располагаются многочисленные одноосные микросклеры. Кроме того, довольно часто здесь же сохраняются отдельные пучки одноосных макросклер, входящих в состав основного скелета губки. Губки рода Ephydatia (тип Demospongiae, класс Ceractinomorpha, отряд Haplosclerida), как и другие представители семейства Spoпg i l l idae , известные под н азва нием «бадяг», встре­ чаются в пресных водоемах на небольшой глубине. Губки, особенно пресноводные, часто вступают в мутуалистические отношения с различными одноклеточными водорослями , которые поселяются в цитоплазме клеток губок. Пресноводные губки живородящи. Их половое размножен11е сопровождается образован ием
138 Малый практику м п о зоологии беспозвоночных личинки - паренхимулы более сложного строения, чем у других демоспон гий. Обычно вслед за полов ым р азмножен и ем у пресноводных губок начинается образование внутренних почек - rеммул. Геммулогенез, или внутреннее почкование губок, обитающих в умеренных широтах, обычно происходит осенью и сопровоЖдается дегенерацией родительской особи. Процесс начинается с образования скоплений амебоидных археоцитов и трофоцитов (особых питающих клеток) в мезохиле губки. Трофоциты поставляют питательные вещества , а археоциты , не переваривая, накапливают их в своей цитоплазме в виде линзообразных пластинок. Это так называемый ложный желток, и ли псевдовителлюс. Археоциты , заполненные псевдовителлю­ сом, получили специальное название тезоцитов. Если в тканях губки присутствуют симби­ отические водоросли, то они тоже оказываются в тезоцитах . Скопление тезоцитов будущей геммулы постепенно, начиная с одного полюса, окружается плотным слоем археоuитов, не содержащих ложного желтка. Этот слой внешне напоминает столбчатый эпителий. Клетки этого «Эпител ия>) в своей базальной части несут много секреторных вакуолей, за счет содержимого которых постепенно формируется самый внутренний слой оболочки rеммулы. Затем из мезохила к rеммуле подходят склеробласты с амфидисками, встраивают их в формирующуюся оболочку и погибают. Археоциты, «основатели )) стенки, выделяют толстый пенистый слой , в который и погружаются амфидиски, а поверх него еще один самый наружный более плотный слой. П енистый слой затвердевает, а в его ячейках находится воздух. На п олюсе, противоположном тому, с которого начиналось формирование оболочки , последняя остается однослойной . Это и есть поровое отверстие, или микропиле . При наступлении благоприятных условий геммулы прорастают. На месте микропоры действител ьно прорывается отверстие , через которое тезоциты выходят наружу и дают начало новой губке. Обычно это происходит весной. Н аходясь в состоя нии rеммул, п опуля ции пресноводных губок переживают период ы неблагоприятных условий. В эксперименте высушенные геммулы остаются жизнеспособными на протяжении многих лет. Так же хорошо переносят о ни и промерзание. Боль шую роль пресн оводные губки играют в процессах самоочищения пресных во­ доемов от гниющих органических остатков. Они имеют также и лечебное значение. Сушеная и растертая в п ор о шо к бадяга - старин ное народн ое средство - используется для растирания кожи при ревматизме . Действие основано на механическом раздражении кожи кремниевыми спикулами. ПРЕПАРАТ - скелет Euspongia sp. (рис. 43, А, Б) Методические указания. На занятиях используют тотальные препараты с заклю­ ченными в них н ебол ьши ми кусочками рогового скелета, очищен ного от остатков мезохила . Препараты изучают при малом увеличении микроскопа или под бинокуляром . Эти ти пич:ные обитатели южных морей либо имеют неправильную лопа­ стевидную форму, либо образуют более компактные « комки» с неровной, буг­ ристой поверхностью (рис . 43, А). Скелет этой губки (рис. 43, Б) построен исключ:ительно из с п о н г и­ н о вы х в о л о к о н. Они окрашены в желтый или светло-корич:невый цвет и образуют сложную трехмерную сеть с яч:ейками неправильной формы. Для Euspongia sp. и бли зких ~ней форм из семейства Spon giidae (тип Demospongiae, класс Ceractinomorpha, отряд Dictyoceratida) характерно наличие чисто спонгинового , очень эластичного и мягкого скелета. Эти губки с античных времен использу ются человеком для мытья . Именно поэтом у их оч ень часто обьединяют под общим наз ванием «туалетные губкю>. Их активно применял и в медици не, изготовляя препараты , богаты е йодом , а в хирургии использовали в качестве
Губки - Spongia (= Porifera) 139 спонгшювые Б Рис. 43 . Обыкновенная губка Euspongia sp.: А - внешний вид; Б - участок скелета тампонов. В настоящее время эти губки широко используются в промышленности. Наиболее ценными из них считаются левантий ская и долматинская губки, которые добываются в Средизем ном море. Они отличаются особой мягкостью и нежностью скелета. В настоящее время от простого сбора губок перешли к их искусственному разведению. При этом используют присущую многим обыкновенным губкам естественную способность размножаться путем простой фрагментации. Тело губки распадается на отдельны е куски, которые затем дают начало новым жизнеспособным экземплярам. В условиях марикультуры племенных губок разрезают на несколько фрагментов, которые постепенно вырастают до нормальных размеров.
140 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ПРЕПАРАТ- жгутиковая камера Corticium candelabrum (сканограмма) (р ис. 44) Методические указания. Работа с предлагаемой сканограммой осуществляется так же, как и с обычными nросветными электронограммами. Сначала фотографию следует вни­ мательно изучить, а затем в рабочем альбоме нарисовать схематизированное изображение изучаемого объекта. мезохил хоа11оциты воротничок жгутиковая кaitepa жгутики хоаноцитов Рис. 44. Жгутиковая камера Corticiиm cande/abnon, сканограмма. Оригинальное фото А. В. Ересковско rо Предлагаемая фотография (рис. 44) представляет собой снимок внутрен ­ ней п оверхности жгутиковой камеры, полученный методом сканирующей элек­ тронной микроскопии. На фотографии виден участок скола губки, который прошел через жгутиковую камеру и окружающий ее мезохил.
Губки - Spongia (= Porifera) 141 Сама жгутиковая камера занимаетзначительнуючастьплощади фотографии . Хорошо видна уходящая вглубь полость камеры. В просвете полости различимымногочисленные жгутикихоаноцитов. Воротнич­ к и, образованные тентакулами, видны несколько хуже, но на отдельных клетках их рассмотреть все же удается. Сами х о а н о ц и т ы располагаются в один слой и имеют цилиндри­ ческую или мешковидную форму. Окружает жгутиковую камеру скол м е з ох ил а. Он имеет неправильно рыхлую структуру, на фоне которой выделяются более гладкие поверхности отдельных клеток, точная идентификация которых невозможна. Corticium candelabrum (отрщ Homoscleropborida, семейство Plankidae) относится к сравнительно небольшой rpyrme Homoscleromorpha, положение которой в системе губок стало предметом дискуссии. Долгое время их включали в состав Demospongiae, однако в последнее время появились данные о значительной обособленности этого таксона. По целому ряду признаков они настолько существенно отличаюrся от обыкновенных губок, что их предлагают рассматривать как самостоятельный тип. ПРЕПАРАТ - хоанодерма Halisarca sp. (электронограмма) (рис. 45, а, б ; таблица IX приложения) Методические указания. После внимательного изучения предлагаемой эле ктро­ нограммы (см. табл. IX) необходимо в рабочем альбоме нарисовать схематичное изображение 2- 3 хоаноцитов. На предлагаемой эл ектронограмме изображен участок хоанодермы, вы­ стилающей жгутиковую камеру губки Halisarca sp. Хо а н о ц и т ы цилинд­ рической формы располагаются в один слой. Их свободные апикальные концы, несущие жгу т и к и и воротнички, смотрят в просвет жгутиковой камеры, базальные же - обращены в .м е з ох ил. Собственно мезохил представлен очень тонкозернистым и прозрачным матриксом. Следует обратить внимание на то, что базальные концы клеток хоанодермы не выровнены и располагаются на разных уровнях. Никакой структуры, хотя бы отдаленно напоминающей базаль­ ную пластинку других многоклеточных животных (см. с. 144, 151, 20 1), обна­ ружить не удается. Более того, базальные концы хоаноцитов имеют неправиль­ нуюформуинесутпсевдоподиальные выросты. В противоположность описанной выше картине апикальные концы кле­ ток довольно строго выровнены . На анализируемой фотографии хоаноциты оказались перерезанными на разных уровнях. Только в одном случае срез про­ шел строго по середине клетки. У этого хоа ноцита (он за нимает правую часть фотографии) хорошо виден расположенный в центре апикальной поверхности довольноглубокий жгутиковый карман, наднекоторогоиначинается жгутик. Сама апикальная поверхность вокруг жгута неровная. Ближе к краю апикальной поверхности от нее отходят многочисленные т е н т аку л ы в о­ р о т н и ч к а, окружающего нижнюю часть жгута. Если тентакула ра сполага­ ется строго в плоскости среза, то она хорошо видна на з начительном протя­ жении. При этом можно рассмотреть, что это узкий, пальцевидный вырост
142 ядрышко вакуоль хоаноцит псевдоподиа1ьный Малый практикум по зоологии беспозвоночных _ _ __, ,, а цитоп.1аз,иатическuй вырост тентаку.1ы ворот11ичка вы/ клеточ11ый контакт Л1е30ХШ/ ядро дuктиосома аппарата Го.7ьджu б Рис . 4 5. Участок хоаноде рмы Halisan:a sp.: (а - электронограмма, б - схема). Ориги нальное фото Е. Л. Гонобоблевой
Губки - Spongia (= Porifera) 143 цитоплазмы, одетый продолжением плазмалеммы клетки. Если тентакулы перерезаны косо, то на фотографии они выглядят как неправильно овальные или округлые профили. Внутр и венчика тентакул кроме жгута от апикальной поверхности отходит ещеодин массивный цитоплазматический вырост. Снаружи от воротничка и ниже его основания между хоаноцитами фор­ мируются плотные клеточные контакты, которые обеспечивают относительное постоянство расположения клеток в составе хоанодермы. Внутреннее строение хоаноцитов характеризуется некоторыми специфиче­ скими особенностями. Между жгутиковым аппаратом и ядром существует по­ стоянная связь за счет специальных элементов цитоскелета. От кинетосомы к ядру отходит пучок микрофиламентов. Само я др о имеет характерную каплевид­ ную форму: полюс, обращенный к кинетосоме, заострен и немного отгянут, тогда как противоположный конец плавно закруглен. Хроматин сильно деспирализован, поэтому содержимое ядра кажется электронносветлым. Ядрышко (нуклеола) компактное и очень электронноплотное, залегает в ядре эксцентрично. Сбоку от ядра на уровне его передней половины локализуется компактная диктиосома аппарата Гольджи. И в апикальной части клетки, и в ее базальной половине встречаются пищеварительные вакуоли, заполненныегетерогеннымсодержимым. Кроме того, в цитоплазме весьма обычны разнообразные мембранные пузырьки. Остальные органоиды хоаноцитов от аналогичных структур других эука­ риотных клеток ничем существенным не отличаются. Род Halisarca (тип Demos pongiae) входит в состав монотипическоrо отряда Ha li sarcid a, включающего одно семейство H ali sa rcii dae с единственным названным выше родом . Это широко распространенные морские губки .
ТЕМА : КНИДАРИИ, ИЛИ КИШЕЧНО- v - - - ПОЛОСТНЫЕ (тип Cnidaria = Coelenterata) Книдарии , или кишечнополостные - одна из наиболее древних групп архаичных беспозвоночнь11\ЖП'Вотных~редставленная многочисленными иско­ паемыми и современными видами. Книдарий обычно включают в особый раздел Eumatazoa - Radiata (лучистые, или радиально-симметричные), или DiploЬ\astica (двухслойные). 1. Книд~ии - радиально-симметричные животные, у которых различают о р ал ь н ы й п о л ю с, несущий ротовое отверст~ и противоположный ему - аборальный полюс. Оба полюса соединяет главная орально-абораль­ ная осЬ-J"ела, -которая одновременно является осью вращения. Через ось про­ ходят плоскости симметрии, разделяющие тело на соответствующее число (2, 4, 6) частей одинакового строения, или а н т ц...м е ~ - Числом анти­ меров определяется порядок симметрии (четырехлучевая, шестилучевая, вось­ милучевая). 2. Книдарии - двухслойные животные. Их тело в процессе эмбриональ­ ного разв ития формируется только за -тет двух зародышевых листков - экто­ и энтодермы. У взрослых животных двухслойность сохраняется. Снару;и Тёло одето э п и де р м о й, преимущественно эктодермального происхождения, а един­ ственная имеющаяся у этих животных полость- га ст рал ь н а я, или желу­ дочная, выстлана га стр од е р м о й энтодермального происхождения. Эти два клеточных пласта разделены прослойкой межклеточного вещества, которое может бытьпредставленотонкой опорной (базальной) пластинкойили имеет вид студенистой, сильно обводненной массы, которая обозначается как ' м е з о гл е я. Иногда в мезоглее встречаются клетки различного происхождения . В подобных случаях совокупность мезоглеи и населяющих ее клеток называют ценеtlXJIм_о_й. • 3.Увсехпредставителейтипаимеются стрекате ,1ьные клетки, или к н и доц и ты, несущие в себе особые стрекательные капсулы, или нем ат о цисты (= кн и доц исты, к н и д ы). Это уникальный признак, не встречающийся более ни у одной другой группы Metazoa. Совокупность книд разных типов, присущая представителям того или иного таксона , называется к н и до м о м и рассматривается как важный систематический признак. 4. Книдарии имеют две жизненные формы: п о л и п ы, ведущие прикреп­ ленный образ жизни, и плавающие в толще воды м ед уз ы . План строения п оли п ов и медуз вполне сопоставим . У полипов тело мешковидное с относи­ тельно длинной орально-аборальной осью, а у медуз оно имеет форму в той ил и иной степени уплощенного зонтика, характеризующегося относительно короткой орально-аборальной осью. 5. Пищеварительная система представлена замкнутой мешковидной гас­ тральнойполостьюуполипови гастроваскулярной (желудочно-сосу­ дистой) системой у медуз. Эта система образована пронизывающими тело медузы каналами. Ротовое отверстие служит для захвата пиши и удаления непереваренных остатков. Многие книдарии - хищники.
Книдарии - Cnidaria 145 6. Нервная система книдарнй .!!..!:! ф фу 3 ног о т н па, то есть представ­ лена рыхлои сетью нервных клеток. Клетки располагаются в самой базальной части эшщер-.1ы . У медуз, а также у некоторых полипов ОТ\tечается концентрация нервных элементов. У медуз , в частности, И\tеется ко.1 ый тяж. 7. Органы чувств у полипов п ле11ы отдельньl'\IН чувстви- тельны,н1 клеткам11, расположенными в эпидер,1е, ) \lе~:з естJ> г .1 а} а и О..Q!'аНЫ равновесия - СТ а ТО ЦИС:{ Ы, которые могут объедllНЯТЬСЯ В КОМПЛеК­ СНЫе орг3ны чувств - р о п а л и и , как это имеет \tесто у сцифоидных 1\tедуз. 8. Скелет если имеется, то только у по.1 11пов. 011 может быть органичес­ ким или минеральным. Наружный скелет выделяется 1 П идермой, а внутренний образуется в мезоглее. 9. Выделительная , кровеносная и дыхательная с истемы отсутствуют. 1О. Книдариям свойственно как бесполое, так н половое размножение. Агамно размножаются преимущественно полипы, тогда как для \lедуз характе­ рен преимущественно половой способ размножен 11я. Оплодотворение наружное. В онтогенезе чаще всего 11,1еется харакrерная рассе.1ите.1ьная .тичинка - п .1 а­ нула. 11 . Полипы подавляющего большинства кнндарнй способны фор:ш1ровать J..1)ЛОНJШ, представляющие собой модульные системы. состоящие 113 бо.тьшого числа отдельных организмов - з о о и до в. 12 . Для большинства книдарий характерны сложные жизненные ц11к..1ы с чередован11ем агамного полипо11дного и полового медузо11дного поколений. Жизненные циклы такого типа называются мета1енетнческими, а ca\t феномен чередован11я полового н бесполого поколений м е га г е н с з о \t. Тип Cnidaria подразделяется на два подтипа: Meduso7oa н Amedusozoa. У представителей подтипа Medusozoa, включающего классы С'пЬоzоа, Scyphozoa и l lydrozoa, в цикле развития закономер н о чередуются половое и бесполое ~поколен11я, представленные соответственно дву,tя жю11енньщ11 фор-.1а\111: l\te.J .) - зal'>НI и полипам11 . Однако в ряде случаев одно ю поколен 11й может подавляться, 11 тогда оставшееся пр11обретает исходно не свойственный e\t} способ ра'3\1НО­ жения (напри,1ер, половое размножение полипов r1pecнoвo.:iнoil гндры). Разв11тие по сокращен11ому пути получило на зва 1111е г 11 11 о гс н е з а. У представителей подтипа Amedusozoa ( Polypozoa). вк.1ючающего е.:~ин­ ственный класс Aпthozoa, медузоидное поколение, как считается. отсутс rвует ИСХОДНО. Представители Medusozoa и Amedusozoa существенно отличаются друг от друга не только деталями морфологии 11 жизненных никлов, но 11 строением КНИДОЩIТОВ. В последнее время с типом Cnidaria сбл ижают группу паразитических орга­ низмов , объединяемых в тип Myxozoa (= Cnidosporiclia). У представителей этого типа в жизненном цикле есть стадия мноГ0Ю1.еточной сrю~, несущей в себе типнчные стре~<ательliые капсулы. На протяжении очень дол гого времени этот таксон тра­ дицноюю включали в состав протистов. Од11ако морфологическое сходство стре­ кательных капсул Myxozoa и Cnidaria и ряд современных мо.1екулярно-бноло­ гнческих да нных говорят о возможном близком родстве зтнх .:~вух групп.
146 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ..,/" Класс Hydrozoa (гидроидные пол ипы) Материал. Изучение гидроидных полипов (класс Hydrozoa) в пределах Малого пракгикума ограничено несколькими видами, относящимися к разным отрядам. В качестве базового объекга традиционно используется пресноводный одиночный пomrn Hydra sp. (отряд Hydrida). Это вторично специализированная , абберантная форма, на примере которой , однако, можно познакомиться с особенностями клеточного состава кишеч­ нополостных, в частности с основными типами стрекательных капсул. Доступность материала и легкость содержания гидр в лабораторных условиях позволяют на занятии работать с живыми объектами. Кроме того, необходимо использовать окрашенные железным гематокси­ лином по п еречные гистологические срезы в области желудочного отдела полипа. При наличии живых гидр строение отдельных клеток можно изу<1ать in vitro после мацерации. Для этого гидру или ее фрагменты помещают на 20-30 минут в 30° -ный спирт. После этого ее осторожно переносят на предметное стекло в капельку воды и слегка придавливают покровным стеклом. Гидра при этом распадается на отдельные клетки. Такие препараты можно использовать как дополнительный материал при изучении гистологических срезов. Для знакомства с органи­ зацией разных типов нематоцист очень полезно приготовить временные препараты (мазки) из щупалец гидры и демонстрировать их с использованием фазово-контрастного устройства. Для знакомства с особенностями организации 11 жизненных циклов колониальных морских гидроидов можно использовать р~!Зные виды, относящиеся к отряду Leptolida. Однако удобнее всего это делать на примере видов рощ Obelia и, в частносщ О. geniculata (подотряд Thecaphora). На занятиях используют музейные препараты с колониями обелий, а также микроскопические тотальные препараты, изготовленные из отдельных веточек колоний и окра­ шенные кармином. На препаратах должны присутствовать и вегетативные зооиды, и гонанrии. Кроме того, должны быть представлены препараты с окрашенными медузами рода Obe/ia. Знакомство с rипоrенетическими видами удобно осуществлять на примере Pennaria sp. (подотряд Athecata), у которого отсутствует медузоидное поколение. И в этом случае используют тотальные препараты, изготовленные из веточек колоний, окрашенных кармином. Pennaria sp. может быть заменена другими видами Athecata, обитающими в Белом и других северных морях (ро.11>1 Clava , С01упе). Представители класса Hydrozoa характеризуются зн ачительным морфоло­ гическим и биологическим разнообразием. В этот таксон включаются одиночные и колониальные формы, виды с типичным метагенетическим жизненным циклом и виды , для которых характерен гипогенеЗ. У метагенетических видов полипы агамны и размножаются только путем почкования. У колониальных форм формировай"Ие новых почек в большинстве случаев ведет лишь к увеличению числа зооидов в колонии (росту колонии) , а не к образованию новых колоний. Все полипы в составе колонии связаны друг с другом общей га стр аль ной c-п-t:""le мой, которая проходит внутри всех стволов и ветвей. В колониях часто наблюдается полиморфизм полипов. Большая их часть представлена вегетативными зооидами - г и др а н там и. Их главная функция - трофическая. Они обеспечивают питание всей колон и и. Наряду с этим в колон и и в небОЛьmом количестве присутствуют специальн ые непита­ ющиеся полипы, от которых отпочковываются особи следующего поколения - медузы. Для некоторых гидроидов характерны и более сложные проявле ния пол иморфизма. МедузоидНое поколение лред_ставлено г и др о м ед у за м и. Они, как правило, небольших размеров. По краЮ нижней поверхности зонтика у боль­ шинства видов располагается кольцевая складка , ограничивающая вход в полость
- Книдарии - Cn idaria 147 зонтика,- п а рус, или веллl()м. Имеется ротовой стебелек (м а н у б _р и ум), на конце которого находится ротовое отверстие. Органы чувств представлены.._ ста­ тоцистами и глазками. Гаметы формируются в эпидерме медуз. Гонады распо­ лагаются либо на н и жней поверхности зонтика, либо на ротовом стебе,1ьке. У многих Hydrozoa имеет место подавление поколения медуз. Hei..mopыe виды характеризуются тем, что медузы не отрываются от материнских колоний. Утрата периода активной жизни во внешней среде привела к вторичному упрощению медуз. У видов, наиболее далеко за шедших по этому пути, сильно упрощенные медузы, от которых фактически остаются только гонады, по сути дела превра­ щаются в органы полового размножения колоний (го н о ф о р ы и с п о р о­ саки). Класс Hydrozoa включает два подкласса : Hydroidea и Siphoпophora. В со­ ставе первого подкласса выделяют несколько отрядов: Leptolida, Hydrida и др. ПРЕПАРАТ- Нуdга sp. (рис. 46) Методические указания. Внешн11й в11д живой гидры лучше рассматривать, исполь­ зуя б11110куляр. Гидры 11омещаются в чашки Петри 11л11 часовые стекла в небольшом количестве воды . Н а занятиях следует работать с голодными животными . Такие пщры хорошо расправ­ ляются и сильно вытя гивают щупальца Голодные гидры активно ловят добычу, так что студенты смо гут наблю;щть процесс шпання полипов: на за11ятиях п1др можно накор~1ить мелкими дафн~1ям11 . Ес.1и в культуре есть почкующиеся полипы, то ftX тоже ре"-0'1ендуется проде,юнстрировать на занятиях. При отсуrств1ш ж11вого \tатер11а.1а \ЮЖНО 11спользовать неокрашенные тотальные пре­ параты. Пресноводная гидра, будучи несомненно крайне специализированной фор­ мой, тем н е менее обладает всеми наиболее характерными признаками , свой­ ственными одиночным полипам. Тело прикреп и вшейся и хорошо расправившей­ ся гидры может с ильно вытягиваться. При этом оно достигает в длину 1,0 1,5 см , а тонкие нитевн;щые щ у 11 а .1 ь ц а, расположенные на ораль ном п олюсе в виде венчика, кажутся еще более длинными. Количество щупалец у разных особей варьирует от 5 до 9. Используя большое увеличение бинокуляра, можно увидеть, что поверхность щупалец не гладкая: по всей дли не щупальца правильно чередуются слегка утолщенные участюt и разделяющие их неглубокие перетяжки. Особенно хорошо зто становится заметным на сократившихся щупальцах, которые приобретают четковндную струкгуру. Эти вздутия возникают в силу того, что книдоциты (см. с. 155) располагаются не равномерно по дл ине щупальца , агруппами, которые называются 6атарея,ни стрекательных к.1еток. Венчик щупалец окружает небольшой участок тела гидры, который имеет форму невысокого ко н уса. Это так называемый г и по с т о .м. На его вершине располагается ротовое отверстие, края которого сомкнуты настолько плотно, что рассмотреть его не удается. Считаеrся, что рот у гидры прорывается каждый раз заново при очередном заглатывании добычи. После завершения этого процесса рот фактически зарастает. Собственно тело гидры отчетливо подразделяется на два отдела. Непосредственно за венчиком щуп алец начинается же луд о ч н ы й от д ел.
148 Малый практикум по зооло гии бес п озвоночных гипостом стебелек ~; желудочный отдел Рис. 46. Hydra sp., внешний вид Обычно он немного толще, чем следующий за ним стебелек, и окрашен в ко­ ричнево-бурый цвет. Узкий и более короткий с т е 6 ел е к бесцветен, а иногда вообще кажется прозрачным. Стебелек заканчивается п о д о ш в о й, с помощью которой гидра прикрепляется к субстрату. У голодных животных граница между желудочным отделом и стебельком выражена не столь отчетливо . Их узкое и сильно вытянутое в длину тело сохраняет постоянный диаметр почти на всем своем протяжении. Заметно сглаживается и разница в окраске этих двух отделов. Коричнево-бурый цвет желудочному отделу сытых гидр придают как многочисленные пищеварительные вакуоли в клетках гастродермы (см. с. 152), так и просто содержимое гастраль­ ной полости. У животных , голодавших некоторое время, клетки гастродермы освобождаются от пищеварительных вакуолей, а гастральная полость очищается от непереваренных остатков пищи. При хорошем содержании лабораторной культуры гидры обычно интен­ сивно почкуются . Зона почкования занимает среднюю часть тела - это самый задний участок желудочного отдела. На теле гидры одновременно может при-
Книдарии - Cnidaria 149 сутствовать несколько разновозрастных п о ч е к. Самые молодые имеют вид небольших бугорков. У более зрелых на будущем оральном пош~се последо­ вательно закладываются щупальца. И, наконец, самые зрелые почки имеют уже все признаки сформированного полипа, но отличаются от взрослых животных лишь небольшими размерами . Гидр, находящихся в фазе полового размножения, наблюдать удается довольно редко. Половозрелые особи обычно появляются только осенью. В этот период на теле полипов формируются компактные скопления половых клеток - гонады. У самцов раздельнополого вида Н. oligactis мужские гонады равномерно рас пределяются почти по всей длине желудочного отдела. Они уплощены, их поверхность неровная, а свободный конец слабо заострен. Гонады самок пра­ вильно округлой формы, а их локализация ограничивается задним концом же­ лудочного отдела, то есть фактически соответствует упоми навш ейся выше зоне почкования. Среди гидр есть гермафродиты, например Н. attenиata. ПРЕПАРАТ- поперечный срез гидры через желудочный отдел (рис. 47, А , Б) Методические указания. Сначала гистологические срезы рассматривают с исполь­ зованием малого увел ичения микроскопа. Затем при большом увеличении (объе1пив 40х) детально изучают фрагмент среза, обращая специальное внимание на клето<шый состав э пидермы и гастродермы. Иногда для п олучения достаточно полной карп1ны бывает необ­ ходимо вним ательно рассмотреть н е один, а несколько срезов. Так как далеко не на всех срезах видны мускульные отростки з п ителиально-мышечных клеток , то рекомендуется препарат, на котором они хорошо различимы , представить на демо н страции с использованием иммерс и­ онного объектива (90х). Кроме того, в режиме демонстрации рекомендуется познакомить студентов со срезами щупалец. При изучении среза не нужно детально разбираться со строен и ем разных типов стрекательных капсул. Это самостоятельный раздел работы, для выполнения которого исполь­ зуют с пециальны е препараты (см. с. 152). Срез округлой формы. Двухслойная стенка тела ограничивает обширную желудочную, или г а стр аль ну ю, пол о ст ь (рис 47, А). Наружный слой клеток в стенке тела - э п и д ер м а. Клеточный состав эпидермы гетерогенен. Основную массу составляют невысокие кубические клетки, на фон е голубоватой цитоплазмы которых выделяются неправильно округлые светлые вакуоли. Последние иногда образуют довольно ровный слой, смещен ­ ный в апикальную зону клетоqного пласта. В базальной части эпидермы хорошо выделяются группы совсем мелких, интенсивно окрашенных клеток. Это так называемые i - клетки (вставочные , или интеркалярные). Перереза нные стрекательные капсулы разныхтипов(см.с. 152)чащевсегоимеют вид округлых, овальных или грушевидных тел , ограниченных тонкими свето­ преломляющими стенками. Располагаться они могут по всей толще эпидермы. Внутренний слой клеток, выстилающий гастральную полость, - га с т р о­ д ер м а. Образующие ее клетки значительно более высокие, чем клетки эпи­ дермы. Чаще всего они имеют неправильно грушевидную форму - более широкий мешковидн ый апикальный отдел располагается на относительно узкой ножке. По большей части клетки гастродермы сильно вакуолизированы. Цитоплазма,
150 Малый практикум по зоологии беспозвоночных гастральная полость гастродерма :эпителиально-мускульные клетки эпидер,wы ::тидерма капсула i-юетки ,11уску.1ьные водокна база1ы1ая п.1астинка :эпителиально-мускульные клетки гастродермы базальная п11астинка Рис. 47. Нydra sp., поперечный срез чере з желудочный отдел: А - при малом увеличении; Б - при большом увеличении А Б
Книдарии - Cnidaria 151 окрашенная в серый или голубоватый цвет, сконцентрирована в апикальных участках клеток, а вот основная масса вакуолей располагается преимущественно в их базальной части. При использовании малого увеличения микроскопа, когда гра н ицы между клетками видны не очень отчетливо, может даже возникнуть впечатление, что между гастродермой и эпидермой располагается прозрачный и довольно широкий промежуток. Оба клеточных пласта разделены очень узкой, но тем не менее хорошо различимой баз ал ь н о й, или опорной, пласт и н к о й (по старой терми­ нологии - базальной мембраной). Основу и эпидермы, и гастродермы составляют так наз ы ваемые э п ите­ лиально-мускульные клетки (рис. 47, Б). Каждая клетка подразделяется на две части: собственно клеточное тело, содержащее основную массу цитоплазмы с ядром и основными органоидами, и мускул ь н ы е от р о ст к и. Мускуль ­ ные отростки клеток непосредственно прилегают к опорной пластинке. Клеточ­ ныетелаэ11ителиадьно-.мускульных клеток эпидер.мы, как уже говорилось выше, невысокие и образуют хорошо выровненный слой, хотя их размеры и строение на первый взгляд очень варьируют. Это зависит от того, как прошел срез и, соответственно, какая часть клетки на него попала. Если срез прошел через середину клетки, то ее площадь на срезе будет максимальной, если же захвачена только горбушка клеточного тела, то она может быть очень небольшой и часто н е достигает наружной границы эпидермы. По-разному выглядит и внутреннее строение клеток, так как на срез даже у соседних клеток попадают разные структуры. Иногда видна только вакуоль, окаймленная узким слоем окрашенной цитоплазмы. Если же срез прошел через клетку очень поверхностно и захватил только этот цитоплазматический слой, то вакуоль видна не будет. Сказанное относ ится и к ядрам. Все эпителиаль но -мускуль н ые клетки имеют округлые, довольно крупные пузырьковидные ядра с хорошо заметным ядрышком, однако на срез они попадают далеко не всегда. Именно поэтому некоторые клетки эпидермы кажутся безъядерными. В тех случаях, когда ядро хорошо видно, оно чаще всего смещено на пер и ферию клетки (к боковой поверхности или к основанию). Очень узкие л1 у скул ь н ы е отростки клеток эпидермы вытянуты в продольном направлении, то есть параллельно орально-аборальной оси. Со­ ответственно на поперечном срезе даже при большом увеличении они выглядят как интенсивно окрашенные темно-синие или почти черные точки, образующие один слой в самой базальной части эпидермы, непосредственно над базальной пластинкой. Как уже говорилось выше, между эnителиально-мускульными клетками ближе к основанию клеточного пласта локализуются и интерстициальные клетки (i - клетки). Они располагаются группами по 2- 3. Для них характерны не­ большие размеры и наличие плотных, интенсивн о окрашенных ядер. Довольно обычны на срезах и капсулы стрекательных клеток, но детали их строения будут рассмотрены ниже. Нервные и чувствительные клетки на срезах рассмотреть н е удается. Эпителиально-л1ускульные клетки гастродер .11ы выполняют пищеварительную функцию. В типичном случае клетка сужена в ба-
152 Малый практикум по зоологии беспозвоночных зальной части и расширяется к апикальному концу. Последний у большинства клеток несет несколько коротких ресничек и способен формировать псевдопо­ дии. Как правило, на срезах ни то, ни другое рассмотреть не удается. В верхней расширенной половине клетки сконцентрирована основная масса цитоплазмы, в которой обычно присутствуют многочисленные пищеварительные вакуоли, имеющие характерную золотистую окраску. Среди них можно обнаружить и более темные экскреторные гранулы. Крупное ядро с ядрышком обычно рас­ полагается в средней части клеточного тела, а более узкий базальный конец чаще всего занят обширной прозрачной вакуолью. От базальной части клетки отходят мускульные отростки, также плотно прилегающие к опорной пластинке, но вытянутые не в продольном, а в поперечном направлении в плоскости, перпендикулярной орально-аборальной оси полипа. На поперечном срезе они соответственно оказываются перерезанными вдоль. Рассмотреть их удается только с использованием иммерсионных объективов и лишь на очень хорошо окрашен­ ных препаратах. Они выглядят как очень узкий слой тонких волоконец, рас­ положенный между нижними концами гастродермальных клеток и базальной пластинкой. Описанные выше клетки рассматриваются как всасывающие. Кроме них в состав гастродермы входят два типа ж ел е з и с т ы х клеток (ацидофильные и базофильные). Они по размерам немного уступают всасывающим клеткам и лишены мускульных отростков. Их интенсивно окра­ шенная цитоплазма заполнена многочисленными секреторными гранулами. Характерной морфологической особенностью гидр является наличие у них полых щупалец. На срезах через щупальца хорошо · видно, что их стенки образованы двумя слоями клеток, разделенными базальной пластинкой. Внутри каждого щупальца имеется просвет, представляющий собой продолжение гас­ тральной полости. ПРЕПАРАТ - стрекательные капсулы (нематоцисты) гидры (рис. 48 , А-Г) Методические указания. Для знакомства со стрекательными капсулами используют временные препараты, изготовленные из мацерированных участков щупалец и выставленные на демонстрацию. Капсулы следует изучать с помощью иммерсионных объективов (90') и фазово-контрастного устройства. По мере подсыхания препарата картина, наблюдаема.я в микроскоп, постепенно меняется. На свежеприготовленных препаратах доминируют стрека­ тельные капсулы с еще не выброшен ными нитями. В этот же период можно найти и интактные стрекательные клетки. Позднее значительно увеличивается количество нематоцист с выбро­ шенными нитями. Первыми выстреливают крупные пенетранты, тогда как мелкие глютинанты и волъвенты выбрасывают свои нити значительно позднее. В связи с этим на демонстрации полезно иметь три микроскопа, на которых во время занятия по очереди заменяются рабочие препараты. На свежих, только что приготовленных препаратах прежде всего следует найти интактные стрекательные клетки, или книдоциты, содержащие сформи­ рованные стрекатель1-1ые капсулы. Книдоциты чаще всего имеют немного расширенную апикальную половину, где и располагается нематоциста, и суженный базальный участок. Апикальный конец клетки несет расположенный
Книдарии - Cnidaria А Б стрекательная нить г Рис. 48. Стрекательные капсу1ы (нематоцисты) гидры: А - nенетранта; Б - вольвента; В - большая mютинанта (стрептолина); Г - малая mютинанта (стереолина) 153 эксцентрич но ригидный волосок. Это так называемый книдоциль, который пред­ ставляет собой сильно модифицированный жгутик. Уплощенное ядро стрекатель­ ной клетки располагается либо позади нематоцисты, либо смещено немного вбок от последней. В енчик стереоцилей - небольших nальцевидных выростов, ок­ ружающих основание книдоциля, в обычный световой микроскоп рассмотреть не удается. У гидры различают три основных типа стрекательных клеток и, соответ­ ственно,нематоцист: пенетранты, вольвенты и глютинанты (о номенклатуре стрекательных клеток см. с. 155).
154 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Пене т р а н т ы (рис. 48, А) - самые крупные нематоцисты гидры. Для них характерна грушевидная форма. Стенка к а п с ул ы толстая и при рассмат­ ривании в световой микроскоп выглядит двухслойной. Внутри капсулы видны три продольно расположенных ст иле т а. Их передние концы, фактически упирающиеся в передний полюс капсулы, плотно прижаты друг к другу и об­ разуют общее острие, которое и пробивает покровы жертвы. Стилеты распола­ гаются внутри относительно тонкостенной трубчатой структуры. Это ввернутая внутрь капсулы ш е й к а. Заднюю часть капсулы, непосредственно за шейкой и стилетами, занимает свернутая в спираль тонкая и длинная с т р е к а т ел ь н а я н и т ь. Витки спирали располагаются почти перпендикулярно продольной оси капсулы. Капсулы с выброшенной стрекательной нитью имеют совершенно иной вид. На переднем полюсе стенка к а п с ул ы переходит в сравнительно ши­ рокую ш ей к у. Граница между капсулой и шейкой видна очень хорошо, ибо стенка шейки значител ьно тоньше и выглядит однослойной. Ближе к ее пере­ днему концу располагаются упоминавшиеся выше три ст ил е т а, но после выворачивания шейки они оказываются на ее наружной поверхности, развора­ чиваются в стороны и немного отклоняются назад. Небольшой концевой участок шейки, расположенный перед стилетами , несет на своей поверхности острые ш и п и к и. Он резко сужается и переходит в длинную полую н и т ь, повер­ хность которой тоже вооружена очень мелкими шипиками. Выброшенная нить, как правило , прямая. В о л ь вен т ы (рис. 48, Б) - это самые маленькие нематоцисты. Их к а п с ул ы округлой или округло-грушевидной формы. Внутри нематоцисты видна короткаяиотносительнотолстая стрекательная нить, которая образует всего один оборот. После выстреливания нить немного вытягивается и закручивается в тугую коническую спираль. Как правило, ось спирали рас­ полагается под прямым углом к продольной оси капсулы и остающемуся прямым участку базальной нити. Под общим названием гл ют и н а н т ы обычно объединяются два типа нематоцист овальной формы. Различаются они характером упаковки нити в капсуле и деталями строения самой нити. В больших rлютинантах, или с т р е п т о­ л и н. ах (рис. 48, В), базальная часть нити образует несколько хорошо выра­ женных витков, расположенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси капсулы. Остальной же участок нити образует многочисленные и н е очень упорядоченно расположенные петли , ориентированные преимущественно в про­ дольном направлении. Выстреленная нить вооружена мелкими шипиками, рас­ положе нными по спирали. Стрекательная нить малых глютинант, или стере о ли н (рис. 48, !), внутри капсулы образует только продольно ориентированные рыхлые петли. Поверхность выброшенной ~ити гладкая и покрыта липким секретом. Нити нематоцист этого типа после выстреливания распластываются в одной плоскости в виде круглых петель большого диаметра. Род Hydm (1ИП Cnidaria, подгип Medusozoa, класс Hy drozoa, подкласс Hydroidea , отряд Hydrida) объединяет одиночных пресноводных полипов) не образующих колоннй. Это
Книдарии - Cnidaria 155 сравнительно небольшой таксон, включающий ограниченное число форм - на территории нашей страны встречается всего шесть видов . Гидры обитают в медленно текущих речках, прудах и озерах. Они поселяются на водной растительности, камнях, затонувших сучьях и т. д. Обычно гидры прикрепляются к подводным предметам на некотором расстоянии от дна и свешиваются оральным концом вниз, расправляя и широко расставляя в стороны свои щупальца, с помощью которых они могут облавливать довольно значительный объем воды. При соприкосновении со щупальцами жертва в первые мгновения не только удерживается , но и парализуется с помощью стрекательных клеток (см. ниже). Почти одновременно щупальца сильно сокращаются и подтягивают жертву к гипостому. После этого «открывается» рот, и полип целиком проглатывает обездвиженную добычу. Пищей для гидры служат различные мелкие организмы, преимущественно планктонные рачки (дафнии, циклопы). Переваривание добычи начинается в гастральной полости (полостное пищеварение) , а заканчивается в пи­ щеварительных вакуолях всасываюших клеток гастродермы (внутриклеточное пищеварение) . Гидры большую часть времени провалят на одном месте, но назвать их полностью прикрепленными организмами нельзя. Они могут очень медленно скользить по поверхности субстрата на своей подошве. Кроме того, они могут использовать особый способ локомоции, совершая своеобразные кувырки. Полип наклоняется к субстрату и плотно прикрепляется к нему оральным полюсом с помощью щупалец. Затем он освобождает аборальный полюс и выпрям­ ляет тело, так что подошва оказывается обращенной наверх. После этого тело снова наклоняется по направлению движения, и подошва снова фиксируется на субстрате. Оральный полюс отделяется от субстрата, полип выпрямляется и принимает естественное положение. При этом он переместился в пространстве на расстояние, примерно равное двум длинам его тела. Размножаются гидры большую часть времени агамно путем почкования. В конце теплого сезона при наступлении неблагоприятных условий они переходят к половому размножению. Один из видов гидр [Hydra viridissima (= Chlorohydra)] содержит в своих клетках симбиотические (мутуалистические) водоросли, которые придают полипам зеленый цвет. Как уже говорилось выше, для всех кишечнополостных животных характерно наличие стрекательных клеток, или книдоцитов. Совокупность последних представляет очень мощное вооружение книдарий, которое используется ими и для нападения, и для защиты. В последние годы особенностям книдома придается важное значение при анализе филогенетических отно­ шений в пределах рассматриваемого типа. Это потребовало детального изучения разных не­ матоцист и разработки специальной системы их классификации. В настоящее время у книдарий выделяют около трех десятков разных типов этих образований. При описании нематоцист, свойственных гидрам, мы сохранили старые названия, традиционно использовавшиеся в научной и до сих пор встречающиеся в учебной литературе. В соответствии с современной номен­ клатурой пенетранть1 называются стен отел я м и, вольвенты - де с м о н е м а м и, боль­ шиеглютинанты- холотрихами изоризами и, наконец, малые rлютинанты - атрихами изоризами. Морфологическое разнообразие нематоцист отражает их функциональную разнока­ чественность. Нити пенетрант проникают через покровы в ткани жертвы, а по их просвету в тело последней поступают ядовитые вещества, парализующие ее. Короткие и тугие спирали вольвент не нарушают целостности покровов , они лишь плотно закручиваются вокруг во­ лосков, в изобилии имеющихся на теле пойманного гидрой рачка. Широкие плоские петли нитей малых глютинант распластываются по покровам жертвы и дополнительно фиксируют ее. Именно глютинанты участвуют в фиксации переднего конца тела полипа при его активном движении. В эпидерме нематоцисты обычно располагаются группами - батареями. В состав одной батереи чаще всего входит одна пенетранта и группа окружающих ее вольвент и глютинант, преимущественно малых. Батарейное распределение стрекательных клеток особен­ но четко проявляется на щупальцах гидры . После выбрасывания нити нематоцистой стрекательная клетка практически сразу же погибает. Постоянное пополнение запасов этих клеток в эпидерме происходит за счет упо­ минавшихся выше i-клеток. Последние представляют собой настоящие стволовые клетки,
156 Малый практикум по зоологии беспозвоночных которые в результате дифференцировюt дают начало не только новым стрекательным клеткам, н о еще 11 половьl\1 и нервным клеткам . ПРЕПАРАТ - участок колонии и гидрант Obelia sp. (рис. 49, А, Б) Методические указшшя. Тотальные препараты с веточками колоний Obelia sp. сначала изу чают под бююкуляроч 1шн при малом увеш1чен1111 микроскопа . Д.1Я изготовления преп аратов лучше всего испол ьзовать предварнтелыю анестезированные колон1111 с хорошо рас 11равле11ным11 rюл111~амн (г11 дран там11). Материал окраuшвают кармино,1 . П осл е з нако\lства с общнч ви.:tО\1 колонии лрн стулают к изучсн11ю строения отдельного гидранта , 11споль·зуя для зтого большое увел ичение микроскопа (объе~..-rив 40") . Специальное внн\lани е сл едует удел 11ть строению щупалец пол11 1 юв этого вида . Кустистые колонии обелий представляют собой скоплени е большого ко­ личества ветвей, отходящих от общего, стелющегося по субстрату осн ования. Каждая ветвь несет многочисленные зооиды (отдельн ые особи, входящие в состав колонии) и, кроме того, может давать веточки второго порядка (рис. 49, А). Новые зооиды в колонии образуются в результате процесса почкования. Очередная 11 о ч к а у видов род~ Obelia всегда закладывается н а стебельке, несущем зоонд, на небольшом расстоянии от последнего. Растущая почка сначала превращается в слепо замкнутую веточку, на конце которой позднее 11 формируется новая «особь». Участок, расположенный н и же места отхождения новой веточки и до этого бывший лишь стебельком предшествующего зооида, становится уча­ стком общего ствола колонии. Такой способ ветвления называется с и м n од и­ а л ь н ы м. Самые старые зооиды в составе ветви , с которых 11 начиналось ее формирование, располагаются в самом н изу. Са мые молодые зооиды, образо­ вавшиеся последними, составляют ее верхушечный отдел. Ветви колонии на всем своем протяжен ии снаружи защищены плотной оболочкой - текой , которая также называется пер и с ар к о ,\1, или перидер­ мам. Эта оболочка содержит хитн11 и выполняет опорную и защитную функции. Перисарк имеет вид трубки, внутри которой за ключ ены мягкие ткани колон ии , обозначаемые как ц е н о с ар к. Последний также представляет собой трубку, но только двухслойную, стенки которой образова н ы эпидермой и гас1 родермой, разделенными тонкой базальной пластинкой. Просвет ценосарка - это г а ст­ раль н ы й к а 11 ал, иногда называемый гастро-васкулярным. Он соединяет гастраль ны е полости всех полипов , входящих в состав колонии (рис. 49, 8) . В зонах ветвления н у основания зооидов пер исарк образует характерные к о ль ц ев ы е с клад к и, которые, как считается , повышают гибкость ветвей кол онии . Вокруг зооидов тека расширяется и образует тонкостенный колокол или мешковидную структуру, в ней свободно располагается тело полипа . В колониях обелий различают два типа зооидов. Большинство «особей » сохраняет характерное для полипов строение н обеспечивает питание и защиту колоний. Это так называемые г идр ан т ы (рис . 49, Б). Как у-..ке гово ри лось выше, тело каЖ;J.ого гидранта заключено в кол околовидное расширение теки - гидро111еку.
- Книдарии - Cnidaria ротовой хоботок ~ щупш~ьца / ценосарк гастрш~ьный отдел батареи стрекательных ,-.,~~кольцевые складки гастральный кана11 Б Рис. 49. ОЬе/iа sp.: 157 ценосарк перисарк '-..... гонан гuй А гон отека развивающиеся ,\1едузы основание бластостиля перисарк в А - участок колоюrn; Б - mдранг; В - гонанrий
158 Малый практикум по зооло гии беспозвоночных Тело самого зооида отчетливо разделено глубокой перетяжкой на д ва отдела: желудочный, или гастральный, отдел и ротовой хо­ б о т о к. Ротовой хоботок может быть округлым или слегка вытян утым в дл ину. Он представляет собой сильно разросшийся гипостом, на конце которого располагается ротовое отверстие. Форма желудочного отдела варьирует в зави­ симости от степени сокращения от узкоконической до неправильно мешко­ видной . На его расширенном («переднем») конце вокруг основания ротового хоботка располагается венчик сильно сократимых щуп ал е ц. В расправлен­ ном состоянии они имеют вид почти прозрачных тонких и длинных нитей. При сокращении они сильно укорачиваются и становятся более толстыми. При этом отчетливо выявляются регулярно расположен ные по всей их длине небольшиеутолщения- баtnареи стрекательных клеток. При использо вании большого увеличения микроскопа (объектив 40х) хорошо видно, что гастральная полость в щупальца не заходит. Вдоль всего щупальца тянется тяж гастродермальных (энтодермальных) клеток. Они цилиндрической формы и расположены в один ряд. Снаружи щупальце одето плоскими клетками э пи­ дермы. «Задний» (аборальный) конец желудочного отдела переходит в ценосарк. На границе между полипом и ценосарком располагается небольшой кольце­ вой сфинктер. На внутренней поверхности перисарка в самом основании гидротеки располагается кольцевая диафрагма, изол ирующая полость перисарка от полости гидротеки, широко открывающейся во внешнюю среду. Таким образом, ветви колонии оказываются защищенными от проникновения в по­ лость перисарка раз нообразных комменсалов и паразитов, способных повредить ценосарк. ПРЕПАРАТ - гонангий Obelia sp. (рис. 49, В) Методические указания. Особенности строения гона нгия определяются его видо­ вой принадлежностью. Ниже приводитс я описание гонанг11я О. genic11/ata . Строение гонангиев изучают на тотал ьных препаратах, окрашенных квасцовым кармином. Обычно достаточн о использование только малого увеличения микроскопа. Го н а н г и и хорошо отличаются от гидрантов и внешним видом, и строением. Они значительно крупнее обычных гидрантов, одевающая их тека имеет овальную или удлиненно коническую форму, а полипы очень видо изме­ нены и специализированы. Полип, входящий в состав гонангия и называемый бластостилем, имеет вытянуrую форму. Его палочковидное тело не р азделено на ротовой хоботок и желудочный отдел. Оно лишено ротового отверстия и щупалец. Его оральный конец иногда бывает слегка расширен и уплощен. Чаще всего бластостиль не удается проследить по всей его дл ине, так как он маскируется многочисленными, расположенными на его поверхности почками - раз в и в а ю щи .м и с я .м ед уз а .м и. Самые зрелые почки , в которых уже легко распознаются признаки медузоидной организации, располагаются ближе к оральному полюсу полипа, а самые молодые, еще имеющие вид простых бугорков, сконцентрированы у его
Книдарии - Cnidaria 159 основания. В молодых гонангиях дистальный конец бластостиля лишен почек и фактически преобразован в специальную «крыш ечку», закрывающую вход внутрь гонангия. Стенку гонангия образует расширяющийся вокруг бластостиля участок перисарка - г о н о т е к а. Ее свободный конец не открывается широким отверстием, как это име ет место у гидротеки, а наоборот несколько сужается и несет относительно небольшое отверстие - устье. У молодых гонангиев оно плотно закрыто упоминавшейся выше «кр ы ш е ч к о Й», а у зрелых, интен­ с ивно продуцирующих медуз последние через это отверстие выходят во вне­ шнюю среду. Основание 6ластостиля также,какиугидрантов,переходит в ценосарк . ПРЕПАРАТ- медуза Obelia sp. (рис. 50, А , Б) Методические указания. Для знакомства со строением медуз обелий исполь­ зуют тотальные препараты, окрашенные квасцовым кармином. Если медузы на препаратах достаточно крупные, то сначала удобн ее использовать бинокуляр, а затем уже детали изучать с помощью большого у величен ия микроскопа (объектив 40"). Если же медузы невелики и цел иком помеща ются в поле зрения микроскопа, то можн о сразу же восп ол ьзо ваться этим прибором, сначала малым, а потом большим увели чен ием. Ниже приводится описание медузы О. geniculata. Прозрачный зонтик медузы сильно уплощен. Его вогнутая сторона, не­ сущая ротовое отверстие, обозначается как с у 6 ум 6 ре л л а; противополож­ ная ей, выпукл ая сторона - э к с ум б р ел л а. По краю зонтика располагаются многочисленные щуп ал ь ч а. Основание каждого из них окружено 6 а т ар е­ ей стрекательных клеток. Этибатареи имеютвиднебольшихин­ тенсивно окрашенных бугорков, от которых берут начало щуп ал ьца. Последние, как и у полипов, лишены просвета. В центре вогнутой стороны зонтика (субумбреллы) располагается ротовой стебеле к, или .м а ну 6 р и у .м. Если при изготовлении препарата манубриум лег на бок, то он имеет вид трубчатого тела с немного расширенным свободным концом. Если же он сохраняет вертикальное положение , то чаще всего сплю­ щивается в орально-аборальном направлении, и видим мы его при этом не сбоку, а в плане. Его контур варьирует от округлого до квадратного. В центре же на фоне ярко окрашенных тканей бывает хорошо различимо р о т о в о е о т ­ верстие, имеющее вид креста. От основания манубриума отходят четыре радиальных канала гастро-васкулярной систеА!ы, залегающиевтолщемезоглеи.Эти каналы, достигнув края зо нтика, вливаются в расположенный здесь к о л ь­ Чевой канал. Непосредствен но под радиальными каналами, примерно на уровне поло­ вины их длины располагаются четыре го н а д ы. Они в виде округлых мешков выступают на нижней поверхности зонтика . Медузы раздельнополы , но опре­ делить пол по и зу чаемым препаратам не представляется во змож ным.
160 ко.<ъцевой ка11а1 гастро-васkу.1ярной А Б .waнyбpuy.it ротовое отвер стие .11анубрuр1 Малый практикум по зоологии беспозвоночных радиальные каналы гастро-васку.1ярной батареи стрекате1ъных к..1еток субу.нбре:z.1а Рис. 50. Медуза Obelia sp.: А - вид с оральной стороны; Б - вид сбоку ПРЕПАРАТ- планула Obelia sp. (рис . 51) Методические указания. Для изучения строения nланул лучше всего использовт гистол огические иш1 полутонкие ерезы. Препараты рассматривают с применением иммерс - онных объективов (90•). Наибольший интерес представляют продольные срезы, прошед1ш1е через центральную часть планулы. Планула овально-яйцевидной фо р мы . Ее поверхн ость обр азова на столб­ чатыми ресничными клетками с зер нистой цитоплазмой - эк т о дер ,11 о ii
- Книдарии - Cnidaria Внутренняя масса клеток - э н т о­ д ер .м а еще не полностью э пителизо­ вана. Клетки часто располагаются не в один, а в несколько слоев. У планулы уже имеется хорошо выраже нн ый центральный просвет- зачаток гастральной полости. На продольных срезах отчетливо видны отличия между передним и зад­ ним концами планулы. На ее переднем , расширенном конце в эктодерме выде­ ляется участок , образованный высоки­ ми се кр е торным и клеткам и. Это своего рода прикрепительный диск, так как липкий секрет этих клето к обес­ печивает прикрепление планулы при оседании на субстрат. В э нто дерме более узкой задней половины тела ли­ чинки находится книдогенная зона. Здесь в огромном количестве из i-клеток дифференцируются книдобласты. По­ зднее клетки этой линии выселяются в эктодерму. У более поздних планул в эктодерме уже появляются многочислен­ ные, полностью сформированные кн u- доциты. 161 секретор11ые клетки за чаток гастрадьной эктодерма :ттодерма кнuдоцuты Рис. 5 1. Плануm Obelia sp. Представители рощ Obelia (1Ю1 C nida ria , подп.m Me dusozoa , класс Hydrozoa, отряд Le pto lida , подотряд Theca ph ora, семейство Ca mp anul arildae) широко распространены в Белом и Баренцевом морях. Они встречаются на литорали и в сублиторали. Полипоидное поколение представлено колон иями с многочисленными зоо идам и . По субстрату стелется участок коло нии, называемый rидроризой. От него вертикально вверх поднимаются отдельные побеги (rидрокау­ люсы), от которых отходят более тонк ие ветви второго порядка (rидрокладии), н есущие зооиды. Ветвление - симподиальное (см. с. 156). У обелий в колониях имеются многочисленные гидран­ ты, сохраняющие типичное дл я полипов строение, 11 Jie столь многочисленные входящие в состав гонангиев бластостили, которые предназначены исключительно для отпочковывания медуз. Гонанrии исходно раздельнополы - в ни х формируются медузы тол ько одного пола . У О. ge11ic11/a1a и О. longissima заверши вшие свое развитие медузы отделяются от бластостиля и становятся свобод11ым11 организмами. Они покидают гонотеку и самостоятельно плавают в воде. У Gonothyarea loveni медузы н е отделяются от бластостиля. Они полностью утра­ чивают период свободной и активной жизни в толще воды и остаются прикрепленными к колонии . Это сопровождается упрощением их строения. Они превращаются в так называемых м ед уз о и до в , у которых отсутствуют щупальца, ротовое отверстие, а края формирую­ щегося зонтика так и остаются сросшимися. У Laomedea jlexuosa медузо идное поколение вообщередуцируетсядоспоросаков, или стилоидов. Последниеимеютовальную или округлую форму, содержат по:ювые клетки и ответвление пищеварительного канала. У тех видов рода Obelia, у которых в жизненном цикле сохраняется са мостоятельное поколение свободной медузы , половые клетки поступают во внешнюю среду, и имеет место 6- 175
162 Малый практикум по зоологии беспозвоночных наружное оплодотворение. Во внешней среде протекает и последующее эмбриональное раз­ витие. Напротив, у видов, утрачивающих фазу свободной медузы, оплодотворение и форми­ рование расселительной личинки осуществляются в полости rонангия. Личинки в своем развитии проходят две последовательные стадии. Первая из них - паренхимула. На этой стадии личинка имеет полностью сформированный наружный слой ресничных клеток (эктодерму) и внутреннюю клеточную массу (энтодерму), лише нную какоrо­ либо просвета. Позднее в энтодерме в результате расхождения клеток появляется просвет - зачаток гастральной полости. Начинаются и постепенно нарастают процессы клеточной диф­ ференцировки (появление секреторных клеток, i-клеток и книдобластов, нейронов и т. д.). Личинка из стадии паренхимулы переходит в стадию планулы. У планулы насчитывают девять типов клеток, семь из них приурочены к зктодерме и лишь два к э нтодерме . Планулы некоторое время плавают с помощью ресничек. Одновременно с этим они могут сильно сокращаться и изгибаться. Планулы не способны использовать внешние источ­ ники энергии - они относятся к так называемым эндотрофным личинкам, то есть существуют только за счет тех запасов энергетических материалов, которые были получены еще созре­ вающей яйцеклеткой. Эта биологическая особенность сильно ограничивает сроки их жизни во внешней среде. Обнаружив подходящий субстрат, личинка оседает на него и прочно прикрепляется передним концом. Последующие превращения личинки и формирование колонии - сложный процесс, включающий несколько этапов. Передний конец планулы расширяется и начинает распластываться по субстрату. Осев­ шая личинка утрачивает ресн ички. Задняя , суженная часть тела вытягивается вверх. На поверхно сти тела начинает формироваться перисарк. К этому времени базальная часть осев­ шей .1ичинки окончательно превращается в диск, который даст начало гидроризе. Средняя часть тела вытягивается в побег (гидрокаулюс), на конце которого появляется булавовидное вздутие. Это по сути дела почка - зачаток первого полипа (гидранта). После формирования первого полипа у его основания закладывается новая почка, из которой со временем разовьется второй полип, и т. д. Одновременно по поверхности субстрата разрастается и гидрориза, а на ней закладываются все новые и новые вертикальные побеги. У обычных в Белом море G. /oveni , L. jlexuosa и О. genicu/ata с ноября по март колони и представлены только гидроризой (без зооидов). В период подготовки к зиме перисарк гид­ роризы заметно утолщается в результате активизации секреторной деятельности клеток эпи­ дермы, а в клетках гастродермы накапливаются запасные питательные вещества. Изменяется и клеточный состав живых тканей зимующей гидроризы. Сохраняются только эпителиально­ мускульные клетки и немногочисленные «большие» i-клетки, так называемые родоначальницы. Весной, когда начинается формирование вертикальных побегов и образование зооидов, эти стволовые i-клетки дают начало разным типам специализированных клеток: книдоцитам, нейронам, секреторным клетками, гаметам и др. ПРЕПАРАТ - участок колонии Pennaria sp. (рис. 52, А-8) Методические указания. Тотальные препараты с окрашенными квасцовым карми­ ном веточками колонии пеннарии рассматривают под бинокуляром или при малом увеличении микроскопа. Используя большое увеличение микроскопа (объектив 40"), необходимо изучить клеточное строение хватател ьных и булавовидных щупалец, а также гонофора. Кустистые колонии Pennaria sp. состоят из стелющейся части и отходящих от нее ветвей. Зооиды (гидр анты) располагаются на веточках в один ряд и, как правило, только с одной стороны (рис. 52, А). Для пеннарий характерно м о н о п од и ал ь н о е ветвление. Стебелек первого полипа, дающего начало
Книдарии - Cnidaria 163 новой ветви, фактически и становится ее основой. Сам первый полип по мере роста ветви сохраняет верхушечное терминальное положение. Он оказывается самым старым. Почки, из которых формируются второй, третий, четвертый и т. д. полипы, з акладыва ются последовательно по направлению снизу вверх на растущей ветви . Таким образом, если п ервый полип занимает самое верхнее положе ние, то второй оказывается в самом низу растущей ветви, а между ними соответственно располагаются третий , четвертый и т. д. вплоть до самого по­ следнего, расположенного непосредственно за первым. Гидранты сидят на относительно коротких стебельках. Вся колония , кроме зоо идов , покрыта п ер и с ар к ом, на поверхности которого имеются к о л ь­ цевые перетяжки. Особенно их много на стебельках гидрантов. Гид­ ротеки вокруг зооидов отсутствуют. Все зооиды в колонии имеют одинаковое строение (рис. 52, Б). Они грушевидной формы - более широкий г а с тр ал ь н ы й о т дел плавно, без резких перетяжек переходитвболееузкий ротовой хоботок. На последнем терминально расположено рот о в о е о т верст и е. Характерной особенностью зооидов пеннарий является наличие у них двух типов щупалец - длинных, ловчих (иногда их называют хватательным и), и более коротких, булавовидных. Л о в ч и е щуп ал ь ц а имеют типичную форму. Они сильно вытянуты в длину, сохраняют на всем протяжении посто­ янный диаметр, и лишь самый концевой участок может быть едва заметно утол щен. Основания щупалец располагаются в самой базальной части полипа. Щупальца лишены просвета - гастральная полость в них не заходит. Основу каждого щупальца составляет столбик, образованный клетками гастродермы. Последние имеют вид коротких цилиндров, уложенных один на другой. Снаружи щупальца одеты эпидермой. Булавовидные щупальца(рис.52,В)болееилименееравномерно распределены по остальной поверхности полипа и даже заходят на ротовой хоботок . Они состоят из короткого узкого основания, устроенного примерно так же, как и ловчие щупальца, и округлой хорошо заметной булавы, или головки. Булаваобразованаисключительно э11идермальны,ии клетками, име­ ющими крупные размеры и характерную конусовидную форму. Своими вер­ шинами все клетки сходятся к концу столбика, образованного клетками г а с т р о д ер м ы. Между конусовидными клетками в толще булавы распола­ гаютс я многочисленные к н и д о ц и т ы разных типов. Иногда удается увидеть и выброшенные ими стрекательные нити. У некоторых зооидов к нижней части гастрального отдела прикреплено интенсивно окрашенное овальное тельце (очень редко их может быть два). С поверхностью полипа оно соединяется коротким и узким стебельком. Это так называемЬ1й го но фор (рис. 52, Б). По своему происхождению гонофор - это вторично упрощенный медузоид, то есть особь полового поколения, утра­ тившая способность отрываться от колонии и вести самостоятельный образ жизни. В функциональном отношении rонофоры - это «органы» полового размножения колоний. В зрелом гонофоре хорошо заметен осевой стержень, ил и с п а д и к с, представляющий собой видоизмененный манубриум. Между ним и стенкой б·
164 ротовое отверстие щупальца Малый практикум по зоологии беспозвоночных гидранты ,______ перисарк гонофор гастрал ьный отдел - гонофор спадикс цено сарк Б ценосарк кол ьцевые перетя.жки А книдоцuты ~П;:::..___ кле тки эпидер:мы кол ьц евы е перетя:ж:ки пери сарка Рис. 52. P ennaria s p.: А - участок колонии; Б - rnдрант; В - булавовидное щупальце
Книдарии - Cnidaria 165 гонофора находятся половые продукты. Яйцеклетки в женских гон офорах круп­ ные с хорошо р азличимым ядром, тогда как в мужских rонофорах спермин образуют сплошную темноокрашенную массу. Род Pem1aria (rnп C nidaria, подmл Medusozoa , класс Hydrozoa , отрщ Leptolida, подотряд Athecata) предстаВJJен исключительно теплолюбивыми формами. 11 входящие в его состав виды не встречаются в морях, омывающих Россию. К числу наиболее доступных видов относится обитающая в Адриатике и Средиземном море Pe1111a1·ia cavolini. Пеннарии харак­ теризуются тиш1чным пшогенетическим жизненным циклом, в котором отсутствует самосто­ ятельное половое поколение - медуза . V Класс Scyphozoa (сцифоидные медузы) Материал. Для знакомства с представителями класса Scyphozoa наиболее удобен вид A11relia a11ri1a, широко распространенный в большинстве морей, омывающих Россию. Дос­ ту пными яВJJяются нс только взрослые медузы, но и практи'1ески все стадии их сложного жизненного цикла. На занятиях следует использовать фиксированных взрослых медуз, ~-.-оторых помещают в плоские герметично запаянные сосуды. Это позволяет их переворачивать и рассматривать как со стороны субумбрелл ы . так и со сторон ы зксумб релл ы . Медузы сохра­ няются очень хорошо, 11 с ними можно работать в течение нескольких лет. Все фазы жизненного щ1кла (паре н химулы или планулы, сuифистомы, стробилы и эфир ы) можно предоставлять студентам в виде тотальных препаратов. Объекты лучше всего окрашивать квасцовым кармином. Если в учебных коллекциях есть крупные стробилы. то их можно выставлять .:~.емонстрационно в небольших сосудах (солонках, маленьких чашках Петри и т. п.), используя для этого бинокуляр. Кроме того, сцифи сто1'ы А. aurita легко культив ируются в лаборатории, что позволяет демонстрировать живой материал. Сцифо идные медузы - исключительно морск ие орга низмы. Это неболь- --="' шая (1t0'200 13пдmr}l"руппа включает четыре отряда: Coronata, Semaeostomea, Rh izostomea и Stauromedusida. У большинства видов жизненный ц и кл протекает по типу метагенеза, однако имеются и гипогенетические формы. Медузы большинства Scyphozoa активно п лавают в толще воды. Лишь представители Stauromedus id a ведут прикреп ле нный образ жизни , хотя и с по­ собны перемещаться по субстрату. Медузы Scyphozoa - крупные организмы. Иногда, как у Суапеа ш·ctica, диаметр их зонт ика может достигать 2 м, а длина расправленных щупалец 30 м. Сцифои пные медузы, как и остальные Cnidaria, двухслойные животные. Их тело снаружи одето однослойной эпидермой , а гастро-васкулярная система выстла на гастродермой. Весь объем тела между этими двумя клеточным и слоями занят сильно обводненной мезоглееii,. на которую и приходится основная масса. Особенность мезоглеи Scypl10zoa за ключается в том , что в ней и меются свои собствен н ые клетки, которые не входят ни в состав эпидермы, ни в состав гастродермы. В целом, по сравнен ию с гидромедузам и , сцифоидные медузы устроены более сложно. Вме сто ротового стебелька у них имеются четыре р от о в ы е л OJL.a с :i:...J4 желудок разделен на отдель ны е к ар м ан ы. Его внутренняя поверхность несет многочисленные га ст р ал ь н ы е н и т и. Гастро- васкуляр­ ная система образована большим количеством морфологически и функцион ально
166 Малый практи кум п о зооло ги и беспозвоночных дифференцированных каналов, многие из которых ветвятся. Гонады э нтодер­ мальноrо происхожд ения и залегают в желуд~ Парус отсутсчует. Имеются комплексные органы чувств - р о п ал и и, которые включают разного типа фоторецепторы (глаз к и) и органы равновесия - ~то ц и Е.ты. Нервная система проявляет отчетливо выраженн ую тенденцию к концентрации. Из ЯИfl , продуцируемых половозрелыми медузами, развиваются. личинки паренхимулы , которые позднее превращаются в пла~л. Планулы оседают на ~идаютначалонебольшимполипам- сцифистомам. Вотличие ...;.--' - от гидроидных полипов у них в гастральную ПоЛоёть вдаются чет~;qrе-пр&де.:1ъ- ные узкие складки - се !!1:-Ы. Для сцифистом характерны два способа бесполого разм ножения. Один из них - обычное почкование. Почка образуется на «боковой» пов ерхности полипа, при этом иногда возникают временные «колонию>, которые в дальнейшем обязательно распадаются и дают начало отдельным особям. Все это приводит к увеличению числа полипов в популяции. Второй способ, получивший назва­ ние стр о б и лл я ц и и, представля ет собой поперечное почкование, осуществ­ ляющееся в области гипостома. На оральном полюсе поли па появляются глу­ бокие кольцевые складки (перетяжки), последовательно отделяющие одну почку за другой. Сами почки сначала имеют вид плоских или слегка вогнутых дисков, и лишь позднее их края приобретают сложные контуры. В результате образуется высокая стопка таких дисков. Со временем связь между отдельными почками нарушается , и каждая из них переходит к самостоятельному существованию в толще воды. Эта фаза развития получила название эфир ы . Эфиры растут и постепенно превращаются в настоящих медуз, достигающих половой зрелости. ПРЕПАРАТ - Aurelia aurita (рис. 53) Методические указания. Взрослых медуз изучают по макропрепаратам без оптики . Отдельные детал и строения, такие как ропалии и гастральные нити, рассматривают с исполь­ зова нием бинокуляра. Прозрачное тело медузы имеет форму относительно плоского зонтика. П о ero краю на равном ра сстоянии друг от друга располагаются восемь небольших выемок, в которых залегают краевые тельца - р о п ал и и (см. ниже). Между ропалиями край зо нтика несет многочисленные, расположенные в один ряд щупальца. В центре субумбреллы - нижней, вогнутой поверхности зонтика - нахо­ дится четырехугольное р о т о в о е о т в ер ст и е. Ero края сильно вытягива­ ются на углах и образуют четыре мощные, свисающие вниз рот о вы е л о п а ст и. Каждая лопасть в поперечном сечении имеет форму желоба, при этом выпуклая поверхность лопасти обращена наружу, а вогнутая - внутрь, непо­ средственно к ротовому отверстию. По краям желобков, особенно в дистальной части лопастей, располагаются короткие щупальцевидные выросты - дигителли. Считается, что они играют важную роль при сборе и удержании добычи . У Aurelia aurita хо рошо выражен половой диморфизм . Внешние разл ичия между полами проявляются прежде всего в том, что ротовые лопасти самок
Книдарии - Cnidaria канал третьего порядка KQf/a'l второго порядка желудочный карман кана!/ первого порядка роnаТ/иЙ ротовая кана!/ 167 ротовое отверстие щупальца отверстие субгениталыюго мешка Рис. 53. Aurelia aurita (вид со стороны субумбреллы) крупнее и массивнее, чем у самцов. Особенно заметно это становится в период размножения медуз (см. с. 175). Пищеварительная система медузы гастро-васкулярного типа, то есть ос­ нову ее составляет сложная система каналов, прони зывающих толщу зонтика. Ротовое отверстие, лежащеемеждуротовымилопастями,ведетвжелудок. Последний глубокими складками разделен на четыре к ар м а н а. Расположе­ ние карманов в теле медуз ы по отношению к ротовому отверстию таково, что они оказываются между ротовыми лопастями. Направление же разделяющих карманы складок соответствует положе нию ротовых лопастей.
168 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Внутренняя поверхность карманов несет многочисленные тонкие нитевид­ ные выросты - гастральные нити, служащие для увеличения площади всасы ­ вающей поверхности желудка. Непосредственно от желудка отходят радиальн ые каналы. По особенностям строения и функционирования выделяют три группы каналов, обозначаемые соответственно как каналы первого, второго и третьего порядков. К а н ал ы п ер в о го п оря д к а начинаются в виде простой трубки на дне влячиваний , разделяющих карманы желудка. Так как их положение соответствует положению ротовых лопастей, то последние могут почти полностью прикрывать этот участок канала , если рассматривать медузу со стороны субумбреллы . В подобных слу­ чаях следует перевернуть медузу и изучать ее со стороны эксумбреллы. На уровне наружной границы карманов желудка каждый канал первого порядка дает по две боковые веточки, расходящиеся по обе стороны от цен­ трального ствола. Боковые ветви, так же как и центральный ствол, направляются к периферии зонтика . Центральный ствол, как правило, остается прямым и больше не ветвится. Боковые же ветви разделяются еще несколько раз. Тип этого ветвления можно охарактеризовать как неправильно дихотомический . Каждая боковая веточка расщепляется надвое, образовавшиеся более тонкие протоки на некотором расстоянии еще раз ветвятся и т. д. Чем больше диаметр зонтика медузы, тем больше образуется вторичных боковых веточек. Каждый канал первого порядка со всеми ответвлениями по площади занимает сектор зо нтика около 45°. Однако строгая дихотомичность ветвления очень часто нарушается. Ветви , расположенные ближе к центральному стволу, ветвятся реже, чем ветви, занимающие периферию сектора. Иногда между отдельными вторичными веточ­ ками возникают анастомозы. Специально следует подчеркнуть, что практически все разветвле ния канала первого порядка достигают к о л ь ц ев ого к а н ал а, проходящего по самому краю зонтика, и впадают в него. Всего имеется четыре канала первого порядка . Ветвящиеся каналы второго порядка имеют такое же стро­ ение . Единственное отличие определяется их положением . Они начинаются не между карманами желудка, а непосредственно от середины их наружного края. Соответственно у них полностью отсутствует простой неветвящийся участок центрального ствола, характерный для каналов первого порядка. Каналы второго порядка отходят от желудочных карманов сразу же тремя ветвями. Посередине проходит центральный неветвящийся ствол, а по бокам располагаются две боковые ветви , дающие начало многочисленным вторичным веточкам. Сектор, занимаемый каждым каналом второго порядка , также около 45°. Каналов второго порядка тоже четыре. Между каналами первого и второго поря дков располагаются неветвящиеся каналы третьего порядка. Их восемь штук. Начинаются они от «углов» желудочных карманов по бокам от каналов второго порядка и в виде прямых трубок достигают кольцевого канала. На хорошо зафиксированных медузах иногда удается рассмотреть коль­ цевую мышечную ленту, тянущуюся по краю зонтика параллельно кольцевому каналу гастро-васкулярной системы. Особенно хорошо эта лента бывает видна у самых молодых особей.
- К н идарии - Cnidaria 169 Расположенное в этой же области кольцевое нервное сплетение (кольцевой нерв) на макропрепаратах неразличимо. Органы чувств медузы представлены р о п ал и ям и, которые, как уже говорилось выше, располагаются по краю зонтика в небольших углублениях. Их 8 штук, и локализуются они точно около мест соединения центральных неветвящихся стволов каналов первого и второго порядков с кольцевым каналом. Ропалии имеют сложное строение (см. ниже). Со стороны эксумбреллы и по бокам они прикрыты небольшими складками - кроющими лопастями. Половая система половозрелых медуз представлена четырьмя г о н а д а­ м и. Они формируются в желудке и имеют вид изогнутых валиков, располо­ женных по краю каждого кармана. Никаких половых протоков у медуз нет, и половые продукты поступают непосредственно в полость желудка. С гонадами функционально и морфологически связаны особые структуры , называемые субгеflитальными мешка.ми. Каждый такой мешок представляет собой глубокое впячивание стенки тела медузы (со стороны суб­ умбреллы) в области желудочных карманов. Соответственно их четыре. Впя­ чивание захватывает не только эпидерму и мезоглею, которая в этом участке оказывается относительно тонкой, но и гастродерму. Подковообразная гонада формируется за счет клеток гастродермы фактически на поверхности мешка, обращенной в желудоч н ый карман. Наружу эти мешки открываются крупными округлыми отверстиями, которые хорошо видны со стороны субумбреллы. Считается, что благодаря субгенитальным мешкам улучшается снабжение кис­ лородом созревающих в гонаде половых клеток. ПРЕПАРАТ- срез через ропалий медузы Aurelia aurita ( ри с . 54) Методические указания. Для знакомства со строением ропалиев используют ги ­ стологические срезы, окрашенные гематоксилином. Наиболее информативными являются «про­ дольные» срезы в сагиттальной плоскости. Срезы изучают под большим увеличением мик­ роскопа (объектив 40' ). Ропалий имеет вид небольшого почти цилиндрического придатка, самый концевой (дистальный) участок которого немного отогнут вниз. Базальная часть ропалия непосредственно переходит в край зонтика. В месте этого пе­ рехода со стороны эксумбреллы от основания ропалия начинается непарная кроющая лопасть, прикрывающаяегосверху.Илопасть,исамропалий снаружи одеты продолжением э п и д ер .м ы, покрывающей тело медузы. Под эпидермой располагается слой .м е з о г л е и - относительно толстый в крою­ щей лопасти и очень тонкий в самом ропалии. Непосредственно в ропалий Jаходит еще и слепозамкнутый дивертикул кольцевого канала гастро-васкулярflой систе;иы, выстланный гастродермой. Дивертикул заканчивается рыхлой цитоплазматической массой, содержащей многочисленные ядра и столь же многочисленные минеральные включения. Предполагается, что это образование выполняет функции органа равновесия - статоциста.
170 Малый практикум по зоологии беспозвоночных кроющая лопасть дивертику.1 кольцевого канQ!/а гастро-васку.1Ярной пигментные клетки .гастродер.иа эпидерма .11езогдея пиг.11етпные клетки статоцист Рис . 54. Срез через ропалий медузы Aurelia aur·ita На верхней (эксумбреллярной) поверхности ропалия в месте перегиба непосредственно в эпидерме располагается темный участок, образованный мно­ гочисленными пигментными клетка.ми. Вторая группа пигментных клеток образует бокаловидное впячивание на этом же уровне , но только со стороны субумбреллы. Эти образования рассматриваются как фот о ре цеп­ т о р ы, или глазки. Чувствительные клетки , не собранные в компактные груп­ пы, располагаются между покровными клетками эпидермы почти на всем про­ тяжении проксимального участка ропалия. Еще одно сенсорное образование , называемое о б о н я т ел ь н о й я .м к ой и представляющее собой скопление сенсорных клеток, расположено со стороны эксумбреллы в самом основании кроющей пластинки. Последняя представляет собой просrую складку эпидермы. Элементы гастро-васкулярной системы в нее не заходят.
Книдарии - Cnidaria 171 ПРЕПАРАТ- паренхимула Aurelia aurita (р ис . 55) Методические указания. На заюгrиях обычно демонстрируют тотальные препараты, окрашенные кармином. Личинок рассматривают, используя большое увеличение микроскопа (объектив 40"). Однако более информативными являются продольные полутонкие срезы, окрашенные полихромными красителями. При наличии таких препаратов лучше использо­ вать их. Передний конец паренхимулы слегка расширен. По направлению к заднему концу тело личинки постепенно суживается. Снару­ жи личинка одета отчетливо эпителизован­ ным слоем эктодермальных рес­ ничных клеток. Ксожалению,реснич­ ки на тотальных препаратах не сохраняются. Внутренний объем л ичинки целиком выполнен сплошной клеточной массой, представляющей собой энтодерму. Начало расхожден ия клеток энтодермы и переход от фаз ы паренхимулы к фазе пла­ нулы на тотальных препаратах проследить не удается. Для этого нужно использовать срезы. На послед них можно продемонстрировать и начало процессов клеточной дифференци­ ровки , в частности книдогене з. эктодермальные Рис. 55. Паренхим уrn Aиre/ia aиrita ПРЕПАРАТ - сцифистома Aurelia aurita ( рис . 56) Методические указания. Сцифистому изучают на окрашенных тотальных препа­ ратах с использованием би нокуляра или малого увел ичения микроскопа. Сцифистома представляет собой неболь­ шого полипа. В теле сцифистомы хорошо выделяются гастральный отдел ши­ роко конической формы и коротенький и от­ носительно узкий ст е 6 ел е к. Самый ниж­ ний участок стебелька снаружи одет тонким перисарком , который, к сожалению, не всегда сохраняется на препаратах. Оральный полюс полипа плоско срезан. Иногда этот участок обозначается как перистомальное, или около­ ротовое , поле. В его центре располагается небольшое возвышение- ротовой хо - 6 о т о к, или ротовой конус, - несущее на своем конце ротовое отверстие. По краю перистома расположен венчик тонких и дл инных щуп ал е ц, количество которых щупальца ротовой хоботок гастральный отдел Рис . 56. Сцифистома Aиrelia aиrita
172 Малый практикум по зоологии беспозвоночных зависит от возраста сцифистомы. У совсем молодых экземпляров их может быть восемь или даже четыре. ПРЕПАРАТ - стробила Aurelia aurita (рис. 57) Методические указания. Для знакомства со стробилой можно использовать окра­ шенные тотальные п репараты , выставляемые демонстрационно. Для эт их целей обычно ис­ пользуют небольшие стробилы. Крупные фиксированные экземпляры, из которых тотальные препараты изготовить сложно, можно показывать непосредственио в солоиках или маленьких чашках Петри, выставляя их демонстрационно под бинокуляром. дисковидные почки Рис. 57. Стробила Aиrelia aиrita Стробила формируется в ре­ зультате поперечного почкования сцифистомы. При этом новые почки закладываются быстрее, чем развива­ ются и отделяются более ранние. В результате формируется временная колония , состоящая из сцифистомы с относительно короткими щупальца­ ми и столки соединенных друг с другомдисковидных почек. Стопка эта н ачи нается внутри венчи­ ка щупалец на месте леристомально­ го поля. Самые верхние почки (по сути дела, это уже почти сформиро­ ванные эфи ры) заметно увеличива­ ются в диаметре и обладают сильно изреза нным ко н туром. Приведенное описан ие соответствует зрелой стробиле. У более молодых стробил количество почек может быть совсем небольшим (всего несколько штук), а их ко нтуры еще остаются ровными. Сци фистома же почти не изменена п о сравн ению с исходным состоянием. В очень старых стробилах, уже начавших распадаться на отдельн ые эфиры (см. ниже), сцифистома сильно уменьшается в размерах, у нее практически полностью реду циру ются щупаль ца и остается небольшое количество еще не завершивших свое формирование почек. ПРЕПАРАТ- эфира Aurelia aurita ( ри с. 58) Методические указания. Для знакомства с организацией эфир следует использовать тотальные п репараты, окрашенные квасцовым кармином. Крупных эфир и зу чают с помощью б инокуляра, но удобнее пользоваться препаратами с небольшими объектами, которых можно рассматр и вать в микроскоп при мал-ом увеличении (8'). Эф и ры - это ювенильная стадия развития медуз. Для них характерны небольшие размеры ( 1-4 мм в диаметре). Уплощенное тело эфиры состоит изцентрального округлого диска и восьми краевых
Книдарии - Cnidaria центра1ьный диск краевые .1опасти po11a.1uu зачаток кш1а.1а первого порядка гастра1ы1ые отверстие зачаmоl\ кана.1а третьего порядка зачаток канала второго порядка Рис. 58. Эфира Aure/ia aurita (вид со стороны субумб р еллы) 173 л о п а ст ей. Концы лопастей раздвоены и несут глубокий и узкий вырез. В центре тела на стороне, соответствующей будущей субумбрелле, лежит че­ тырехугольное ротовое о т верст u е, еще ли шенно е ротовых лопастей. У некоторых особей края ротового отверстия могут быть плотно сдв ин уты, и тогда оно принимает форму креста. Значительную часть объема центрального диска занимает круглый, еще не разделенный на карманы же луд о к. В про­ светежелудкахорошовидны гастральные нити. Ихоченьнемного(8, 16), и они образуют четыре группы, содержащие по две или четыре нити. Группы располагаются по отно ш ен ию к ротовому отверстию так, что оказываются напротив его «сторон». От желудка в краевые лопасти отходят восемь относитель но широких и хорошо заметных радиальных каналов. Это зачатки ка н алов первого и второго порядков. Они еще не ветвятся. Зача т к и каналов п ервого порядка расположены по направлениям, соответствующим п оложению углов ротового отверстия,азачатки каналов второго порядка- напротив«сто­ рою> ротового отверстия и групп гастральных нитей. Кроме этого, у более продвинутых в своем развитии эф ир между зачаткам и каналов первого и вто­ рого п орядков можно видеть очень коротк и е выросты , отходящие от края желудка и упи рающиеся в край центрального диска между основаниями краевых л опа-
174 Малый практикум по зоологии беспозвоночных стей.Этозачатки каналов третьего порядка. Кольцевойканал отсутствует. Зачатки каналов первого и второго порядков достигают упоминавшихся выше вырезов на концах ло пастей. А на дне эт их вырезов располагаются относительно крупные р о п ал и и. Aure/ia aurita (тип Cnidaria, подтип Medusozoa, класс Scyph ozoa, отряд Semaeostomea, семейство Ulmaridae) относится к чи слу очень широко распространенных видов. Эти медузы встречаются почти во всех морях, омывающих берега России. Для них характерен уплощенный зонтик, диаметр которого может достигать нескольких десятков сантиметров. Очень часто медузы образуют большие скопления, которые течениями и ветром могут переноситься из одного участка морской акватории в другую. Однако на относительно небольшие расстояния в ограниченных объемах пространства они способны активно перемещаться, используя для этого реактивный с пособ движения. Резко сокращая зонтик, медузы выбрасывают воду из субумбреллярной полости и передвигаются толчками аборальным полюсом вперед. На мелко­ водье они обычно располагаются вертикально, так что их ротовые лопасти направлены в сторону дна. В более глубоких участках медузы перемещаются по сложной траектории , описывая во время движения вертикальные крути. При этом они то немного опускаются в толщу воды, то поднимаются к самой поверхности. Такой способ движения получил название «кул ьбитиру­ ющего». По -видимому, он обеспечивает наилучший облов окружающего пространства. Аурелии питаются в основном планктоном, в связи с чем у них возникли очень своеобразные приспособления . Для сбора планктона и спользуется эксумбрелла, в э пидерме которой расположены небольшие, хотя и весьма многочисленные скопления стрекательных клеток. Кроме того, для эпидермы характерна секреторная активность - входящие в ее состав клетки выделяют слизь. Благодаря действию стрекательных клеток и наличию слизи эксум­ брелла фактически превращается в огромную ловушку - липучку, на которой постоянно скапливается большое количество мелких организмов . Слизистые выделения постепенно пе­ ремещаются к краю зонтика, увлекая за собой добы чу. Достигнув края , слизь узкими языками между щупальцами п еретекает на субумбреллярную поверхность. Н епосредственно за рядом щупалец на субумбрелле расположена узкая, едва заметная желобовидная складка эпидермы - велляриум. На дне желобка, образуемого велляриумом , и скапливается слизь, содержащая пищу. Медуза постоянно «облизывает» велляриум ротовыми лопастями, которые собирают комочки сли зи. Затем слизь с помощью ресничных клеток , расположенных на ротовых лопастях, перемещается к ротовому отверстию и поступает в желудок. Движение пищи по каналам гастро-васкуля рн ой системы осуществляется строго за­ кономерно. Сначала пища из желудочных карманов поступает в неветвящиеся каналы третьего п орядка и перемещается по ним в центробежном направлении. Достигнув кольцевого канала, она постепенно его заполняет и уже оттуда попадает в ветвящиеся каналы первого и второго поряд ков , по которым движется в центростремительном напра влении, то есть к желудку. Непереваренные остатки пищи удаляются через ротовое отверстие. Очень своеобразно протекает процесс размножения медуз Aure/ia aurita . Половые клетки формируются из клеток гастродермы , мигрировавш и х в мезоглею. Оплодотворение зрелых яйцеклеток осуществляется непосредственно в гонадах. Сперматозоиды попадают в желудок самок вместе с водой из внешней среды. Медузы Aurelia aurita демонстрируют настоящую за боту о потомстве. Оплодотворен­ ные яйца не выбрасываются в воду, как это свойственно многим видам. Крупные ротовые лопасти самок плотно прикладываl01'Ся краями друт к другу, так что на короткое время формируется почти замкнутый мешок. В его полость из ротового отверстия по желобкам лопастей выводятся оплодотворенные яйцеклетки. Отсюда они попадают в небольшие мешко­ видные впячивания - выводковые камеры, расположенные на внутренней поверхности лопастей и открывающиеся по краю желобка. Стенки выводковых камер обладают спец~1альной муску­ латурой и, сокращаясь, совершают своего рода глотательные движения. Именно благодаря этому
Книдарии - Cnidaria 175 кйца и оказываются внуrри выводковых камер. Здесь протекает эмбриональное развитие и формируются личинки (паренхимулы, а иногда и планулы). В этот период ротовые лопасти самки еще больше увеличиваются в размерах и кажутся сильно набухшими. У самцов ничего подобного не наблюдается. Завершившие свое развитие личинки выводятся из выводковых камер в воду. После относительно короткого периода активного плавания (до 7 суток) они оседают на субстрат и п р е в р а щ а ют с я в сцифистому. Этот процесс обычно занимает 2- 3 дня . Соответствен­ но, можно говорить, что развитие особей полипоидного поколения протекает с метаморфозом. Полипы - хищники . В основном они питаются мелкими планктонными организмами. Однако они способны и к каннибализму. Более крупные сцифистомы ловят не только про­ пл ывающих мимо планул. Их жертвами могут стать и более мелкие полипы, либо позднее завершившие метаморфоз, либо по каким-либо причинам задержавшиеся в своем развитии. Последующая стробиляuия приводит к появлению эфир. После завершения стробиляции сцифистомы восстанавливают уrраченные структуры (щупальца, перистом, ротовое отверстие). В таком виде они могут сохраняться очень долгое время . При наступлении крайне неблаго­ приятных условий сцифистомы образуют своеобразные покоящиеся почки - п од о ц и с т ы. Они развиваются внуrри перисарка, непосредственно под подошвой сцифистомы и имеют вид линзовидного тельца с небольшой полостью внутри. Снаружи подоциста надежно защищена своим собственным перидермом ( перисарком) . Клетки подоцисты содержат много запасного энергетического материала - гл икоген а. В благоприятных условиях из подоцисты формиру­ ется планулоподобный организм. Свободные эфиры растут и претерпевают ряд сложных перестроек. Постепенно сгла­ живаются контуры тела, формируются ветви каналов гастро-вас~..-улярной системы, отрастают ротовые лопасти. Фактически и в этом случае речь идет о настоящем метаморфозе. Реализация жизненного цикла А. aurita практически полностью определяется условиями, в которых существуют конкретные популяции этого вида. Так, в Белом море гаметогенез и нерест приходятся обычно на конец лета - осень. После этого медузы погибают, и эта фаза жизненного цикла до следующего сезона отсутствует в составе популяции. Осенью же про­ исходит оседание планул и их превращение в сцифистом, которые перезимовывают. Весной, часто еще до схода льда, сцифистомы приступают к стробиляции . В это же время в планктоне появляются и первые эфиры. Они медленно развиваются, так что вполне сформирован н ые медузы появляются только к концу ию ня . В течение июля они растут, но половой зрелости достигают чаще всего лишь в августе . Именно в это время можно в изобилии встретить самок, вздутые ротовые лопасти которых содержат многочисленных личинок . Сцифистомы , закончившие стробиляцию , восстанавливаются и , по-видимому, могут переживать до следующего сезона . Пр и этом численность группировки сцифистом может поддерживаться за счет обычного почкования, в результате которого формируются не эфиры, а новые полипы. Класс Anthozoa (коралловые полипы) Материал. Изучение организации коралловых полипов может проводиться с ис­ пользованием достаточно раз нообразного материала . Нам представляется, что при отборе этого материала должны быть соблюде н ы несколько принципов . Прежде всего, студенты должны получить представление об организации полипов и восьми-, и шестилучевых корал­ лов . Для этого можно использовать как постоянные препараты , изготовленные из отдельных зооидов (Octocorallia), так и целиком фиксированные объекты (Hexacora llia : Actiniaria). Зна­ комство с внешним видом объектов должно сопровождаться изучением гистологических срезов через тело соответствующих полипов . Кроме того, предлагаемый студентам материал должен отражать существование одиночных и колониальных форм коралловых полипов, а также разные варианты организации колоний с внутренним (Octocorallia) и наружным (Hexacorallia) скелетами. Исходя и з сказанного выше , мы предлагаем следующие объекты.
176 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Octocorallia. Для детального знако'lства с организацией отдельного зоои.:~а сле..:~ует испо:~ьзовать тотальные препараты, окрашенные квасцовым карщ1ном . Источником для по­ луч ен ия зооидо в могут служить самые разные в11ды восьмилучевых кораллов, относящиеся к разн ым отрядам, но обладающие при )Том достаточно крупными зоо11дами: Alcyonaria - Alcyo11ium palmat11m и Gersemia fnlficosa, часто встречающаяся в наш11х северных морях, в частности в Белом море; Penatullaria; Veretil/11m sp., Umbe/111/a sp. 11 др. Эти же внды могут слумить источни""О\t матер11ала д.1я гистологических срезов. Дпя окраски срезов 11с­ пользуются любые гистолоп1ческие красители . Разные т11nы скелет1 1 ых образован11й, наиболее характерные для Octocorallia, могут быть представлены на заняntях постоянным11 препарата'!и, содержащ11ми сшt"')'ЛЫ '1ягких кораллов (Alcyo11ium sp., Gersemia sp.), скелетам11, формируемым1t каждой от..:~ельной особью, входящей в состав 1'"0Лоню1 (Tublpora sp.), и, нако1 1 сц, фрагментам11 нл11 целыми коло1111ями, для которых характерно наличие внутреннего осевого скелета (разные виды Gorgonaria Gorgo11ia sp" Cora/1111111 тЬп т и др.). Желательно обращать в1111маt111е на то, чтобы на демо нстрируемых участках ""Олоний оставались хотя бы фрагменты цсносарка . Hexacorallia . Дпя знакомства с особе11ностящ1 строения шссти .1учсвого по.111па можно использовать пре..:~ставителей отряда Act1n1aпa, в частносn1 встрсчающ11еся в Баренцевом и Белом морях виды Tealia feli11a н BtmOllactys ~tella. И з ювенильных особей )ТИХ акт11ний следует приготовить сер1111 срезов, окрашенные любы,111 гисто.1оп1чесю1\11t красителями . Н аружный 111вестковый скелет шест11лучевых кораллов студенты юучают 11а примере п редста вителей отряда Madreporaria. Набор предлагаемых на занятиях видов может сильно варьировать , но при )ТОМ очень важно. чтобы в нем были представлены как одиночные фор,1ы (A11/ag11a sp" Fimgia sp.), так и колониальные. Если в учебных 1юллекц11ях есть колон ии, зафиксированные с участками живых тканей, то такие препараты следует выставлять демон­ страц1юнно. Класс Aпthozoa объединяет в своем составе одиночных и колониальных к и шечнополостных, в жиз н енном цикле которых полностью отсутствует меду­ зоидное поколен ие. Осн овная и, по сути дела, единственная жизненная форма A пthozoa - полип. Xapa~eQнQJ';\ особеннQС.!2_1Q организации полипов является наличие септ - продольн ыхт~ерего_е.одок, разделяющих 1астральную п олость на ощепьные камеры, также вы нутые в оралыrо-аборальном направлении. Другим важным признако~1 коралловых пол 1 шов является то, что J1те'fGК-П.О.Ве~сти тела, непосредстве н но прим ы кающий к ротовQШ отверстию , глубоко вворач и ­ вается внутрь гастральной поло--m1. "'Ja его счет форщ1руется характерная ..111я Aпthozoa глотка. Как правило, она сильно сплющена, ее внутренний просвет выстла н эп идермой. Вдоль узких краев глотки, а иногда только вдоль одного из н их, тянутся CJ:! фон о гл 11..Ф...ы - особые полоск!:I ресничных кле:о_к, работа котор ы х создает ТОК» вод~ вленн ы с вдоль глотки. В целом для Anthozoa характерпu ·iromнoe развитие ~1ышечной системы, в частности вдоль септ, рассекающих гастральную полость, тянутся особые «мускульные валики». Их расположен н е на септах варьирует у представителей разных систематических групп высокого таксономического ранга (подклассы, отряды), но в пределах этих таксо нов характеризуется зн ачительным постоян­ ством. Рисунок, образуемый септами с расположенными на них мускульными вал и ками, позволяет говор ить о нарушении у коралловых полипов строгой ра­ диальной и появле н ии :элементов двухлучевой и даже билатеральной симметрии. Книдом коралловых полипов также характеризуется определенной специ­ ф и кой - в его состав входит несколько ти пов книдоцитов, которые никогда не встречаются у остальных Coeleпterata.
Книдарии - Cnidaria 177 Размножаются коралловые поли пы как половым, так и бесполым путем. Гонады формируются непосредственно в полипах. Эмбриональное развитие в большинстве случаев заканчивается формированием планктонной личинки - планулы. Оседая на субстрат, ли чинки претерпевают той или иной сложности метаморфоз. У одиноч ных форм (Actiпiari a) бесполое размножение, чаще всего про­ текающее в форме почкования , действи тельно ведет к п оявлению новых особей в популяции. Процесс почкования у колониальных форм приводит лишь к у­ величению числа (полимеризации) особей (зооидов) в составе колонии. Морские формы, за редким исключени ем, плохо переносят даже незна­ чительное распреснение морской воды. V Подкласс Octocorallia (восьмилучевые кораллы) Восьмилучевые кораллы - весьма целостная группа, для всех представи­ телей которой характерны следующие признаки. 1. Исключительно колониальные формы. Как правило, все полипы в составе колонии (зооиды, ил и аутозооды) имеют одинаковое строение. Такие колонии называются мономорфными. Реже у некоторых форм наблюдается феномен диморфизма полипов: наряду с т и пичными аутозооидами в колонии присутствуют и морфологически и зме ненные, специализированные особи. 2. Для Octocorallia характерна восьмилучевая симметрия, на которую накладываются элементы д в у ст о_р о li lu:...l:L_c и~ е TJLИ и. 3.а ьном полюсе зооиды несут восем~сположенных правильным венчиком щупалец. упальца с абжены боковыми отростками - п и н ну л а- '-'='- - м и , благодаря чему кажутся перистыми. -- 4. ВJ<_нчик щупалец ограни чивает околоротовое поле - п ер и ст о м. Ино- гда его называют гипо'С'rомом. flерпстом- по д иаметру пересечен узким, щеле­ видным ротовым отверстием. 5. Пищеварительная система зоо ида представлена обширной гастральной полостью, в которую ведет сильно сплющенная с боков глотка. П оследняя начинается на перистоме и об ры вается простым отверстием на уровне задней границы передней трети тела. В гастральную п олость довольно глубоко вдаются восемь узких в попе­ речном сечении складок. Это - се п ты. В верх н ей (оральной) части тела полипа они своим свободным краем прирастают к стенке глотки таким образом, что вокруг последней располагаются восемь слепозамкнутых на конце ка­ налов. Ниже глотки септ ы свободно оканчиваются в гастральной полости , ко­ торая в результате подразделя ется на центральный участок и восемь открыва­ ющихся в него периферических камер. Гастральные полости соседних поли п ов соед ин ен ы друг с другом с помощью с и стемы узких каналов, выстлан ны х r11стродермой. Их часто называют га стр ал ь н ы м и , или гастродермальны­ ми, каналами. 6. Собственно «тело» колонии образовано так называемым ценосарком. У одних видов он может быть развит очень сильно и представлен эп идермой, одевающей так называемую ц е н е н х и м у. Последняя представляет собой
178 Малый практикум по зоологии беспозвоночных совокупность мезоглеи и населяющих ее клеток (амебоцитов, склеробластов и т. п .) и полностью сформированных скелетных элементов. У других Octocorallia ценосарк развит значительно слабее. 7. Скелет у Octocorallia всегда внутренний. Он закладывается и целиком формируется в мезоглее. Имеются три основных типа скелетных образований: а) скелет, представленный отдельными спикулами, разбросанными в мезоглее ( некоторые Alcyonaria, или мягкие кораллы); б) сплошной трубчатый скелет, формирующийся в теле каждого отдельного полила , входящего в состав колонии, такие трубки соединяются друг с другом поперечными перекладинами (ряд Alcyonaria, ил и мягкие кораллы) ; в) общий осевой скелет, имеющий вид плотных ветвей, которые проходят внутри цененхимы (Gorgonaria). 8. Подавляющее большинство восьмилучевых кораллов ведет прикреплен­ ный образ жизни , однако некоторые формы обладают подвижностью и способны перемещаться (Pennatularia, и ли морские перья). Согласно традиционной системе подкласс Octocorallia включает четыре отряда, и з которых ниже будут рассмотрены представители лишь двух - Alcyonaria и Gorgonaria. ПРЕПАРАТ - полип Alcyonium sp. (рис. 59) Методические указания. На занятиях студенты работают с тотальными , постоян­ ными препаратами , окрашен ны ми квасцовым кармином. При изучении препаратов следует испол ьзовать как малое (8•), так и большое (о бъектив 40") увеличения микроскопа. Полип Alcyoniиm sp. на тотальном препарате , как правило, сильно сплю ­ щен, поэтому проявления восьмилучевой симметрии оказываются почти полно­ стью смазанными. Тело самого полипа, практически прозрачное и слабо окрашенное в розовый цвет, часто кажется сильно морщинистым и покрытым многочисленными узкими складкам и, тя н ущ имися в самых разных направлени­ ях. Все это нуж:но рассматривать как артефакт, то есть «искусственный факт», появление которого было обусловлено использованием не полностью адекватной методики при изготовлении преп аратов. На самом деле у живых полипов с расправленным телом подобная неправильная складчатость отсутствует. На переднем, оральном полюсе полипа располагаются щуп ал ь ц а. Так как мы рассматриваем объект сбоку, то увидеть, что они образуют правильный венчик и расходятся радиально, практически невозможно. При таком ракурсе не видны перистом и щелев идное ротовое отверстие. Рассмотреть же строение щупалец и подсчитать их количество (8) вполне возможно. Щупальца у Alcyoniиm относительно короткие, конической формы. Боко­ вые края щупалец несут многочисленные пальцеви д ные выросты , расположен­ ные в виде двух косо сходящихся на вершине щупальца продольных рядов. Выросты эти называются п ин ну л а.ми. В их покровах сосредоточено боль­ шое количество книдоцитов. Щелевидный рот на тотальных препаратах не виден, а вот отходящая от него сплющенная гл о т к а видна очень хорошо. Она имеет вид довольно широкой, ярко окрашенной ленты, которая тянется вдоль тела полипа.
Книдарии - Cnidaria 179 щупальца с пиннулами мезентериальные гонады Рис. 59. Полип Alcyonium sp. Увидеть септы на тотальных препаратах практически нево зможно. Хорошо бываютвиднылишьтакназываемые мезентериальные нити- утол­ щенные свободные края септ, смотрящие внутрь гастральной полости. Обычно на препаратах удается отчетливо рассмотреть лишь шесть нитей, ибо еще две (так называемые дорсальные - см. ниже) заметно отличаются от остальных шести по своему строению и не окрашиваются кармином. Иногда на препаратах попадаются полипы, содержащие г о н а д ы. По­ следние имеют вид плотных, ярко окрашивающихся телец округлой формы. Группы первичных гониев локализуются непосредственно в краевом участке септы , то есть в мезентериальной нити. Созревающие половые клетки сохряняют подобную локализацию, и их компактные скопления мы и воспринимаем как шаровидные гонады. Скелетные образования в теле зооида Alcyonium sp. представлены отдель­ ными склери т а ми (спикулами), залегаю щими в мезоrлее. В передней части тела полипа, под основаниями щупалец, спикулы образуют довольно плотные скопления. В пределах каждого скопления спикулы располагаются почти па­ раллельно , а сами эти группы спикул залегают под углом друг к д ругу и к продольной оси тела. При использовании малого увеличения микроскопа все это воспринимается как косая исчерченность, и лишь при работе с объективом 40х удлиненные, неправильной формы спикулы становятся хорошо различимыми.
180 Малы й практикум по зоологии беспозвоночных Нижний (аборальный) конец зооида обычно кажется «растрепанным>>. Это обусловлено тем, что при изгото влении препаратов полипов вырезают из колонии вместе с небольшим ее участком - прилегающими покровами и мезо­ rлеей. ПРЕПАРАТ- склериты Alcyonium sp . (ри с . 60) Методические указа ния. На занятиях используют постоянные неокрашенные пре­ параты, приготовленные и з «взвесю> спикул, полностью очищенных от мягких тканей. Обьекты рассматривают как при малом (8"), так и при большом (40х) увеличениях микроскопа. ~-1.м ~ ,.л~ ~ Рис. 60. Склериты Alcyoniuт sp. Сформированные склериты, полученные непосредственно из тела зооида, вытянуты в длину и имеют вид неправильной формы палочек, несущих на своих боковых поверхностях многочисленные отростки столь же неправильной формы. Некоторые отростки еще дополнительно слабо ветвятся . Склериты, располагающиеся непосредственно в теле колонии, характери ­ зуются более крупными размерами. Они образуются в резул ьтате слияния нескольких одиночных спикул и приобретают характерную неправильную кре­ стообразную форму. Это так называемые друзы. ПРЕПАРАТ - поперечный срез через тело полипа Umbellula sp . в области глотки (рис. 61 ) Методические указания. На занятиях можно работать с поперечными срезами практически любых восьмилучевых кораллов. Однако лучше всего использовать срезы полипов рода Umbellula (отряд Pennatularia). У этих полипов хорошо развита мезоглея, и потому они более наглядны как учебный материал .
Книдарии - Cnidaria эпuдер,~1а просвета г.1отки латера..1ы1ые камеры ::muдep,wa дорса.,1ыюя сuфоноглuф просвет г.1о тки .иезогл ея ва1uкu 181 ветпрал ыюя каиера Рис. 61 . Поперечный срез полипа Umb ellula ~· в области глотки Сначала срез необходимо рассмотреть и правильно сориентировать в поле з ре ния микроскопа на малом увеличении (8х). Потом, ис пользуя объектив 40\ необходимо детально ero и зучить. Следует полностью разобраться в расположении клеточных пл астов (эпи д ермы и гастродермы) и проследить мезоглеальную базальную пластинку, разделяющу ю эти пласты . На поперечном срезе хорошо видно , что тело полипа в поперечном сечении не круглое , а несколько уплощено с боков. Центральную часть среза занимает сплющенная глотка.
182 Малый практикум по зоологии беспозвоночных Между глоткой и стенкой тела располагаются ориентированные радиально уже неоднократно упоминавшиеся восемь септ. Таким образом, вокруг глотки оказываются расположенными восемь замкнутых к а .м ер. Залегают они всегда строго определенным образом: в узкие « концы» среза глотки упирается по одной камере соответственно. Вдоль более протяженных «боковых» поверхностей рас­ полагается по три камеры с каждой стороны. Срез на предметном столике микроскопа необходимо ориентировать таким образом, чтобы глоточная плоскость была направлена «вертикально». Далее следует обратить внимание на то, что все се п т ы примерно в средней своей части несут небольшое утолщение. Это так называемые мускульные валики. На каждой септе валик лежит асимметрично- только с одной ее стороны. Причем справа и слева от глотки они ориентированы навстречу друг другу. В результате этого одна из двух камер, локализованных напротив узких концов глотки, оказывается вообще лишенной мускульных ва­ ликов. Зато в камеру, расположенную на противоположном конце глотки. смотрят сразу два мускульных валика. Эти камеры соответственно обозначаются как до р с аль на я (лишенная валиков) и вен тральная (с двумя валиками). Шесть камер, локализующихся по бокам от глотки , получили название боковых, или ла т ер ал ь н ы х. В них смотрит всего по одному валику. Окончательная ориентация среза должна быть такова , чтобы вентральная камера была обращена к наблюдателю, а дорсальная - от него. После завершения ориентировки среза необходимо, используя большое увеличение, перейти к и зучению гистологических особенностей. Снаружи рас­ полагается одевающий тело полипа слой э п и д ер ,,1 ы. Он образован либо слегка уплощенными, либо кубическими клетками. Э пидерма выстилает и просвет глотки. Здесь она представлена более высокими клетками. Иногда она образует достаточ но глубокие и узкие складки. На узком полюсе глотки , прил егаю щем к вентральной камере, на хорошо зафиксированных и окрашенных препаратах удается рассмотреть , что клетки эпидермы в этом месте не сут реснички и образуют характерный желобок. Это перерезанный с и ф о н о гл и ф, который тянется от ротового отверстия до нижнего конца глотки. Эпидерма стенки тела и глотки подостлана базальной неклеточной пла­ стинкой. Полипы Umbellu/a sp. характеризуются сильным развитием пластинки неклеточного матрикса*. На срезе этот слой (.м е з о гл е я) отчетливо раздел яет клеточные пласты э пидермы и гастродермы. Эта же пластинка продолжается и в септы, соединяющие стенку тела и стенку глотки. В средней части каждой септы к ней асимметрично, то есть с одной стороны , прикрепляются много­ численные мышечные волокна , образующие уже упоми навшиеся ранее продол ь­ ные мускульные валики. Ка меры гастральной полости выстланы га стр оде рм ой, границы между клетками которой почти нё видны. При этом с одной стороны септы гастродерма плот но прил егает непосредствен но к базальной пластинке , тогда как с другой она облекает еще и мускульный валик. • У пол ипов pom Alcyo11ium она относительно тонкая (особен н о в стенке тела).
Книдарии - Cnidaria 183 ПРЕПАРАТ- колония A/cyonium sp.: внешний вид, поперечный срез (рис. 62, А , Б) Методические указания. Перед изучением микроскопических препаратов следует познакомиться с внешним видом колонии , при :этом нужно обратить внимание на характер расположения зооидов на ее поверхности. Срезы через колонию рассматривают под бино­ куляром на демонстраuии. а затем для детализаuии схемы отдельные структуры изучают под микроскопом с испол ьзованием и малого, и большого увеличений (объектив 40"). Колония Alcyoniиm sp. (рис. 62, А) имеет неправильную форму. Ее нижний отдел чаще всего образует массивный ствол, который нижним концом прочно прикреплен к субстрату. Верхний , свободный конец несет несколько массивных пальцевидных выростов (в е т в е й). Поверхность колонии несет многочислен­ ные зооиды. Расправленные полипы могут достигать в высоту 1 см. Некоторые же з о о и д ы оказываются глубоко втянутыми внутрь колонии, при этом об­ разующееся над ними отверстие замыкается прилежащими участками собствен­ но <<Тела» колонии , которое образовано мощно развитым ценосарком. Та часть полипа , которая выдается над поверхностью колонии и способна втягиваться внутрь, носит название антокодия. На поперечных срезах (рис. 62, Б) , рассматриваемых с помощью бино­ куляра, хорошо видны отдельные структурные элементы колонии. Прежде всего , бросаются в глаза перерезанные поперек гастральные полости от­ дельных полипов (зооидов) . Они, как правило , имеют почти правильную ок­ руглую форму, содержат септы , а иногда и глотку и на фоне равномерно окрашенной ч е не н хим ы (мезоглеи) кажутся пустыми. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что диаметр гастральных полостей разных полипов очень сильно различается - одни из них намного превышают по размерам другие. Это обусловлено тем, что разные полипы, попавшие на срез, перерезаны на разных уровнях . Гастральные полости отдельных зооидов очень глубоко погружаются в «тело» колонии - самы е старые «особю> вообще достигают ее основания. Гастральные полости полипов, сформировав ши хся позднее, начинаются значительно выше в толще колонии, ну а самые молодые «особю> имеют еще очень короткие гастральные полости (см. рис. 64, А). С возрастом , по мере развития полипа д иаметр гастральной полости постепенно увеличивается. Ее концевой, проксимальный (аборальный) участок, как правило, очень узкий , но чем ближе к поверхности колонии, тем диаметр полости становится бол ьш е. На поперечном срезе гастральные полости небольших размеров принадлежат более молодым зооидам , закладка которых произошла уже в толще «тела» колонии относительно поздно, а срез прошел недалеко от этого уровня . Более крупные гастральные полости принадлежат более старым полипам , начало ко­ торых з алегает м н ого ни же уровня среза. Между гастральными полостями полипов заметны узкие, слегка изогнутые протоки . Обычно на срезе вид ны лишь их короткие участки. В целом же это сложная система уз ких и извитых каналов , прониз ывающих всю колонию и соединяющи х гастральные полости отдельных зооидов. Их обычно называют гастральными, илигастродермальными, каналами. Внекоторыхже
184 Малый практикум по зоологии беспозвоночных А Рис. 62. Колония Alcyonium sp.: А - внешний вид; Б - поперечный срез через колонию Alcyonium sp. учебных пособиях эту систему обозначают как систему гастро-васкулярных каналов. При большом увеличении (объектив 40х) следует рассмотреть более тонкие детали строения колонии и полипов. Снаружи колония, как и отдельные зооиды, одета э п и дермой, непосредственно под ней, в цененхиме (мезоrnее), залегают многочисленные склериты. Эта зона концентрации скелетных элементов вкупе с эпидермой часто обозначается кЗ< корковый слой. Глубже, в толще цененхимы залегают лишь одиночные склериты , никогда не образующие мощных скоплений. Гастральные полости отдельных полипов ограничены только га стр о­ д ер м ой, которая непосредственно окружена цененхимой. Большинство поло­ стей на срезе перерезаны ниЖе уровня глотки. В подобных случаях видно, что септы свободно оканчиваются в полости, которая представлена центральным отделом и восемью периферическими карманами, или камерами. По локализа­ ции мускульных валиков можно легко определить положение дорсальной, вен­ тральной и латеральных камер (см. с. 182).
Книдарии - Cnidaria ценеихu.\ю корковый слой гастральные втя11утый антокодuй полипы , перерезан11ые 11u.же области г.10ткu по.1uп, перерезанный в об.юсти г.10тки гастра7ьные гонады гастродерма 185 Б Обычно ближе к краю среза встречаются полипы , перерезанные на уровне нижнего конца глотки. Просвет последней выстлан складчатой эпидермой. Ее подстилает базальная пластинка (мезоглея), которая в виде очень узкого слоя продолжается внутри септ и свободно вливается в цененхиму, окружающую гастральную полость . Септы разделяют восемь выстланных гастродермой замк­ нутых камер. По локализации мускульных валиков на септах и в этом случае легко определяется положение соответствующих камер (см . с. 182, рис. 61 ). В периферической зоне среза изредка можно обнаружить и зооиды с втянутым а н т о к о д и ем. Самая центральная часть в этом случае представляет собой типичный поперечный срез через тело полипа в области глотки. Антокодий одет эпидермой . Его окружает узкая, по сути дела щелевидная полость. Она также вь1стлана эпидермой. Просвет же этой полости является продолжением внешней среды. Далее следует узкая базальная пластинка и восемь камер гастральной полости, разделенных септами и выстланных гастродермой. В гастральной полости некоторых зооидов, обычно уже в более узком проксимальном отделе можно обнаружить округлые гон ады.
/ 186 Малый практикум по зоологии беспозвоночных ПРЕПАРАТ - скелет колонии Tublpora sp . (рис. 63) Методические указания. На занятиях студенты работают с фрагментами скелета колоний. Наилучшим образом рассмотреть строение скелета колонии удается на продольных сколах . В использовании оптики нет необходимости. «п1атформы» скелеты отдельных зооuдов Рис. 63. Скелет колонии Tublpora sp. Скелет колонии Tиblpora sp. , или органчика, красного цвета. Он состоит из многочисленных, расположенных параллельно, а иногда расходящихся от основания под острым углом известковых трубок. Каждая трубка представляет собой индивидуальный с к ел е т од ног о з о о и д а. Трубки соединены между собой узкими поперечными пластинками - «n лат форм а л1 и». Пла­ стинки эти обычно располагаются в несколько слоев и разделены довольно широкими промежутками. Самая нижняя пластинка , стелющаяся по субстрату, обычно называется базальным столоном. Непосредственно от нее берут начало скелетные трубки наиболее старых полипов колонии. Выше располагаются пластинки, сформиро­ вавшиеся позднее , по мере роста колонии . Они называются горизонтальными столонами. От них, соответственно, берут начало скелеты более молодых зоо­ идов. Эти скелетные трубки заметно короче. Рассмотренные выше Alcyoni11m sp~ ИтЬе/111/а sp. и Tllhipora sp. (тип C пidaria , подтип Amed u sozoa, класс Anthozoa, подкласс Octocorallia) относятся к разным семействам
- Книдарии - Cn idaria 187 отрsш~ Alcyonari a (мягкие кораллы). В целом для них характерно относительно слабое развитие скелетных элементов и, в частности, отсутствие общеколониального осевого скелета, встречающегося у представителей других отрядов. В каждом полипе скелет формируется отдельно в мезоглее между эпидермой и гастродермой. Точно так же он закладывается и в общеколониальнъrх структурах - ценосарке. В строении колоний Alcyo- nium sp. и ТиЬiроrа sp. имеются весьма существенные различия. Прежде всего, они каса­ ются двух особенностей - степени развития ценосарка и степени конденсации скелетных элементов. У Alcyonium sp. ценосарк развит очень сильно (рис. 64, А). Фактически он в виде содержащей клеточные элементы цененхимы заполняет все промежутки между отдельными полипами. Благодаря этому колонии и приобретают достаточно массивный вид. В то же время они остаются мягкими, так как жесткий цельный скелет в них отсутствует - скелетные элементы представлены отдельными склеритами, концентрация которых несколько увеличи­ вается лишь по периферии колонии. Эпидерма одевает только поверхность колонии и выд­ вигающиеся части поли пов - антокодии. Внутренний объем студенистого «тела» колонии пронизан многочисленными узкими гастральными каналами, выстланн ыми гастродермой и соединяющими гастральные полости отдельных полипов. Принципиальная схема строения колоний Tublpora sp. остается такой же. Одно из главных отличий заключается в том, что у органчиков, как часто называют представителей этого рода, в составе ценосарка практи чески полностью отсутствует цененхима - между эпи­ и гастродермой располагается относительно тонкий слой мезоглеи (рис. 64, Б). Второе отличие сводится к тому, что скелетные элементы, залегающие в мезоглее, сливаются в единую плотную трубку, которая и поддерживает тело зооида по всей его длине. Зооиды не заключены в общую «студенисrую» массу, а практически полностью сохраняют свою морфологическую обособленность: между телами отдельных полипов внутри колонии остаются хорошо выра­ женные промежутки. Соответственно, эпидермой одет не только верхний участок полипа (антокодий), но и все тело полипа вплоть до его основания. Что же касается ценосарка, то он представлен лишь упоминавшимися выше базальным столоном и платформами (горизон­ тальными столонами). Внутри платформ проходят узкие гастральные каналы , соответствующие аналогичным каналам колоний рощ Alcyonium. Они выстланы гастродермой и соединяют гастральные полости отдельных зооидов. Собственно сама платформа содержит спл ошной известковый скелет, залегающий в мезоглее этого пластинчатого, многослойного ценосарка. Снаружи платформы , подобно телам зооидов, одеты эпидермой. Характерной особенностью восьмилучевых кораллов является присутствие у них только одного сифоноглифа - ресничной борозды , тянущейся вдоль всей глотки по стороне, при­ легающей к вентральной камере. Работой ресничек сифоноглифа создается ток воды, направ­ лен н ый внутрь гастральной полости. Даже тогда , когда ротовая щель полностью замкнута, в области сифоноглифа остается небольшое отверстие. Отток воды из гастральной полости осуществляется за счет работы другого ресничного аппарата. Мезентериальные нити септ, ограничивающих дорсальную камеру, по сути дела представляют собой ресничные желобки , которые постоянно гонят воду в сторону глотки и ротового отверстия. На остальных мезентериальных нитях подобных образований нет. В результате в гастральной полости возникает своего рода кольцевой ток воды - по «вен­ тральной» стороне, благодаря работе ресничек сифоноrлифа, вода поступает внутрь полости, а по «дорсальной» выводится из нее наружу через то же ротовое отверстие. В связи со сказанным выше возникает вопрос о характере симметрии восьмилуче­ вых кораллов. Не вызывает сомнений , что базовый тип симметрии - это восьмилучевая ради­ альная симметрия, о чем говорит наличие восьми щупалец и восьми радиально расположенных септ в гастральной полости. В то же время через тело полипа можно провести толь к о одну плоскость симметрии, которая разделяет его на две зеркальные половины. Это обусловлено характерным расположением мускульных валиков на септах , наличием одного с ифоноглифа, прилегающего к вентральной камере, и расположением ресничных бороздок на мезентериальных нитях септ дорсальной камеры. Условно говоря, так называемая дорсальная часть тела полипа
188 Малый практикум по зоологии беспозвоночных корковый оой зпидер.\Ш спику1ы г..1ав11ые ка11а1ы антокодий гастра1ьные кана1ы А гастродер.иа база7ы1ый Cn10;10H эпидерма осевой ске1ет Б в Рис. 64. Типы мезоглеальных скелетных образований восьмилучевьrх кораллов: А - из отдельных спикул (Alcyonium sp.); Б - трубчатый скелет (ТиЬlроrа sp.); В - осевой скелет (Gorgonia sp.) существенно отличается по своему строению от вентральной. Но именно такие особенности организации характерны для животных с настоящей билатеральной симметрией . Необходимо, однако , помнить, что элементы билатеральной Сf1мметрии у восьмилу­ чевых кораллов возникли на основе радиальной вторично и совершенно независимо от настоящих двустороннссимметричных животных (Bilatcria) . - ПРЕПАРАТ- скелет колонии Gorgonia sp. ( рис . 65) Методические указания. Наиболее интересными для демонстрации являются ко­ лонии различных в11дов рощ Gorgonia . Небольшие фрагменты колонии с хорошо сохранив­ шимися участками ценосарка можно выставить на демонстрацию под бинокуляром.
Книдарии - Cnidaria мелкоячеистая сеть стволы ~;;;=...-- подошвенная пластинка Рис. 65. Скелет колонии Gorgonia sp. 189 Для рассматриваемого вида G01gonia sp. характерны плоские вееровидные колонии, в которых от узкого, прирастающего к субстрату основания, называ­ емого подошвенной пластинкой, отходят под углом друг к другу несколько более толстых ствол о в. Все они располагаются в одной плоскости. Ог этих стволов отходят более тонкие ветви. Обычно после формирования ветвлений второго-третьего порядков относительно правильный ход отдельных веточек на­ рушается, и они анастомозируют друг с другом, формируя густую м ел к о­ я ч е истую сет ь. В результате вся колония приобретает вид сетчатой пластины с неправильно округлыми или овальными контурами. Весь этот сетчатый скелет достаточно эластичен, а краевые участки колонии могут быть очень гибкими. Это обусловлено тем, что основу скелета горгонарий составляет органическое рогоподобное вещество. Именно поэтому их обычно называют роговыми кораллами. Скелет горrонарий целиком зал егает внутри ценосарка и называется осевым скелетом. Это особенно хорошо видно в тех случаях, когда на колониях остается высохший ценосарк. Он имеет вид бело­ ватой или светло-серой пленки, одевающей скелетный ствол в виде коры со всех сторон. У недавно высушенных колоний он еще некоторое время может
190 Малый практикум по зоологии беспозвоночных сохранять естественную пигментацию, однако у старых образцов ценосарк пол­ ностью обесцвечивается. Отдельных полипов на его поверхности рассмотреть уже не удается . Горгонарии, или роговые кораллы (Gorgonia sp. и др. - lИП Cnidaria, подтип Amed u sozoa , класс A nthozoa , подкласс Octocorallia, отряд Gorgonaria , семейство Gorgoniidae) на самом деле имеют скелет двойственной природы . В его состав входят как минеральные элементы (известковые склериты), так и рогоподобный материал (в литературе его часто просто н азывают рогом) . Этот роговой матрикс плотно склеивает склериты, в результате чего и образуются разного диаметра тяжи, которые и составляют внутре нн ий мезоглеальный скелет колонии, часто называемый осевым скелетом. Материал для построения скелета поставляют уже упом инавшиеся ранее специальные клетки склеробласты, заселяющие мезоглею и обра­ зующие вместе с нею uененхиму. Следует подчеркнуть, что склеробласты имеют эктодермаль­ ное происхождение и выселяются из эпидермы в мезоглею на ранних этапах развития. В етвь осевого скелета, прохо