Карпов С.А. Строение клетки протистов

Подождите немного. Документ загружается.

291

4.6. ДРУГИЕ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ ОРГАНЕЛЛЫ

также в передней или задней. Хотя теоретически он должен ле-

жать в плоскости биения жгутиков, на самом деле часто бывает

смещен по часовой стрелке на 20–45 °.

Во время движения клетка вращается вокруг продольной оси,

и поступающий от глазка отраженный свет поступает в виде уси-

ленного сигнала на жгутики, в которых расположен фотореце-

тор. В качестве белков-рецепторов в изолированных жгутиках

были обнаружены родопсины.

Криптофитный тип (рис. 4.97 Б). Этот тип обнаружен толь-

ко у некоторых представителей криптомонад, хотя все другие

также обладают фоточувствительностью. Глазок расположен в

конической доле хлоропласта. Тилакоиды в этой области рас-

положены перпендикулярно слою глобул. Предположительно

фоторецептор состоит из фикоэритринов и/или фикоцианинов,

которые ассоциированы также и с другими пигментами. Экс-

периментальные данные о механизме работы глазка отсутству-

ют, однако известно, что вращательное движение клетки суще-

ственно для фоторецепции.

Эвгленоидный тип (рис. 4.97 В). Глазки эвгленофитовых со-

стоят из парааксонемального тела (ПААТ) жгутика, которое

обращено к обогащенным каротиноидами глобулам под плаз-

малеммой боковой стенки жгутикового резервуара. Глобулы ди-

аметром 240–1200 нм имеют мембрану и не упорядочены в

гексагональные структуры, как у хлорофитовых. ПААТ распо-

ложено на двигательном жгутике и обычно находится на 2–3

мкм выше его основания, прикрепляясь к филаментам пара-

ксиального тяжа. Оно имеет яйцевидную форму и часто обра-

зует носовидные или крючковидные выросты c необычными

гексагональными структурами. Обычно фоторецепторами яв-

ляются флавины/птерины и родопсин. По-видимому, фоторе-

цептор расположен в ПААТ, однако и другие места локализа-

ции не исключены, т.к. эвгленовые водоросли без ПААТ также

реагируют на свет. Глобулы глазка ассоциированы с микротру-

бочками жгутикового корешка, что, вероятно, определяет их по-

ложение в клетке.

Феофитовый тип (рис. 4.97 Г). Фоторецепторы этого типа об-

наружены у хризофитовых, ксантофитовых, бурых водорослей

и некоторых гаптофитовых. ПААТ обычно расположено в ос-

292

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

293

4.6. ДРУГИЕ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ ОРГАНЕЛЛЫ

новании короткого жгутика и обращено в углубление на по-

верхности клетки. Под мембраной этого углубления, внутри хло-

ропласта находится глазок. Он обычно образован глобулами

100-500 нм диаметром, расположенными в один слой непосред-

ственно под мембранами хлоропласта, которые в этом месте тес-

но контактируют с плазмалеммой, как у хлорофитовых. Надо

отметить, что глазок сохраняется и в редуцированном хлороп-

ласте – лейкопласте. В ПААТ гамет и зооспор бурых водорос-

лей обнаружены рибофлавин и птериноподобные вещества. У

Ochromonas в ПААТ найдены ретиноподобные белки. Обычно

ПААТ содержит гранулярный материал, который не строго упо-

рядочен, однако у некоторых хризофитов он явно слоистый. У

синуровых глазка нет, но ПААТ присутствует на каждом жгу-

тике. Однако фунционирует в качестве фоторецептора, по-ви-

димому, только ПААТ короткого жгутика, поскольку только в

нем обнаружена автофлюоресценция и электронно-плотный ма-

териал.

Для некоторых видов охрофитов было показано, что их фо-

торецепторы обладают явными отражательными свойствами.

Свет сильно фокусируется на ПААТ, а сила сигнала и его фор-

ма зависят от угла падения света. Для подвижных клеток бу-

рых водорослей показано, что они должны вращаться вокруг

продольной оси, чтобы адекватно реагировать на свет.

Эустигматофитовый тип (рис. 4.97 Д). Глазок эустигматофи-

товых устроен необычно для водорослей. ПААТ находится в ос-

новании опушенного жгутика (а не гладкого, как у других ге-

тероконтов), а сам глазок представлен большим скоплением

Рис. 4.97. Строение основных типов фоторецепторов у протис-

тов. (По: Kawai, Kreimer, 2000.)

А – хлорофитовый, Б – криптофитовый, В – эвгленоидный, Г –

феофитовый, Д – эустигматофитовый, Е – динофитовый, в

котором различаются 5 подтипов (1–5). Слева приведено

обычное положение глазка в клетке и указана плоскость

сечения, в соответствии с которой справа изображено тонкое

строение фоторецептора. Пунктирные стрелки указывают

направление света, который улавливается фоторецептором

жгутиков в виде отраженных лучей (А, Г, Д), или которые

затеняют фоторецептор (В). Сплошные треугольники указыва-

ют липидные глобулы глазка.

294

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

крупных гранул без мембраны, занимающих, фактически, всю

апикальную часть клетки. На поперечном срезе ПААТ выгля-

дит Т-образно, плотно прилегая к поверхности клетки. Одна

глобула в форме полумесяца лежит непосредственно под плаз-

малеммой и обращена к ПААТ вогнутой стороной. Большая

часть глобул не отражает сине-зеленый свет. Отражательные

свойства показаны только для этой поверхностно лежащей гло-

булы, которая фокусирует свет на ПААТ. Последний, предпо-

ложительно, и является фоторецептором, хотя это еще не дока-

зано.

Динофлагеллатный тип (рис. 4.97 Е). Строение глазков у ди-

нофитовых отличается большим разнообразием. Возможно, это

связано с тем, что разные типы стигм были получены от разных

водорослей в результате симбиоза, к которому, как известно,

склонны динофитовые. Обычно стигма располагается на вент-

ральной поверхности клетки, рядом с кинетосомой продольно-

го жгутика и, так или иначе, связана с сулькусом – продольной

бороздкой клетки. ПААТ отсутствует и локализация собствен-

но фоторецептора неизвестна. Однако продольный жгутик и

глазное пятно всегда находятся в непосредственной близости

друг к другу, представляя собой, по-видимому, единую функ-

циональную единицу.

Обычно выделяют 5 разновидностей фоторецепторных аппа-

ратов у динофитовых, которые различаются по строению глаз-

ков. Стигмы могут состоять из глобул, свободно лежащих в ци-

топлазме, или находящихся вне хлоропласта, но окруженных

3 мембранами, что встречается у динофитовых, содержащих

симбионтов (вероятно, диатомовых). Для настоящих динофи-

товых (содержащих перидинин) наиболее характерен глазок из

одного слоя небольших глобул, лежащих непосредственно под

мембраной хлоропласта, как у хлорофитовых.

Наиболее сложный глазок в виде отдельной органеллы, на-

зываемой обычно оцеллоид, обнаружен у океанической гете-

ротрофной динофлагеллаты Warnowia. Это, конечно, исключе-

ние среди протистов. Здесь имеется простая система линз

(гиалосома), которая, по-видимому, фокусирует свет на мела-

носоме.

295

4.7. УНИКАЛЬНЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ И СТРУКТУРЫ

Недавно обнаружен необычный тип глазка у Gymnodinium

natalense (Horiguchi, Pienaar, 1994). Он состоит из стопки мем-

бран, содержащих правильно упакованные «кирпичики» гра-

нул. Предполагается, что глазок обладает отражательной спо-

собностью. Интересно, что в процессе развития глазка его

«кирпичики» формируются в хлоропласте, а затем транспорти-

руются к месту его окончательной локализации в область суль-

куса. Похожий глазок найден у Amphidinium lacustre, однако в

этом случае хлоропласт не участвует в его формировании.

4.7. Уникальные органеллы и структуры

Ультраструктурные исследования протистов выявили множе-

ство необычных особенностей их морфологии, многие из кото-

рых являются уникальными для той или иной группы. Это сви-

детельствует о их широкой эволюционной радиации. Для

таксономиста уникальные структуры и органеллы – просто на-

ходка. Сколько бы мы ни говорили о необходимости выделе-

ния таксонов по комплексу признаков, наиболее четкие

(«хорошие») таксоны получаются, когда у них есть яркий от-

личительный признак, а еще лучше – уникальный. Например,

достаточно в клетке обнаружить динокарион, как мы отнесем

ее к динофитовым. Вообще говоря, принцип комплекса при-

знаков здесь не нарушается, т.к. уникальный признак часто

связан с несколькими другими, составляющими особенность

всей группы организмов. Так, с динокарионом обычно связа-

ны такие признаки, как наличие теки, своеобразно устроенных

жгутиков, пузулы и другие. Обнаружение уникальных призна-

ков значительно упрощает задачу систематиков в определении

границ таксона, т.е. помогает решить одну из главных задач

таксономии. Для эволюциониста уникальный признак являет-

ся апоморфией, которая характеризует группу как монофиле-

тическую, что исключительно важно для выяснения ее фило-

генетических связей. Поэтому представляется необходимым

рассмотреть уникальные признаки у протистов и обсудить те,

которые утратили уникальность в результате расширения уль-

траструктурных исследований.

296

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

Альвеолы. Пелликула, как особый тип покровов, может те-

перь рассматриваться как уникальный признак после объеди-

нения инфузорий, споровиков и динофитовых в одну монофи-

летическую группу протистов. Наличие одного слоя альвеол под

плазмалеммой клетки, строго говоря, не встречается у других

протистов. Пелликула некоторых глаукофитовых всегда покры-

та дополнительной клеточной стенкой. Только у одного гете-

ротрофного гетероконта (Developayella) отмечены альвеолы, и

лишь на переднем конце клетки. По-видимому, эти альвеолы

не гомологичны таковым альвеолат, т.к. у Developayella они

связаны с перинуклеарным пространством ядра, а не с гладким

ЭПР. Формирование фрустулы у диатомовых на основе пелли-

кулы лишь указывает на возможное независимое приобрете-

ние этой особенности у страминопилов.

Астропиле. Специализированный участок в стенке централь-

ной капсулы феодарий, через который происходит транспорт пи-

тательных веществ из феодия внутрь центральной капсулы. По-

видимому, это своеобразный «внутриклеточный» цитофаринкс.

Атрактофоры. Это фибриллярные корешки гипермастигин,

имеющие на дистальном конце электронно-плотные гранулы –

атрактосферы. У ближайших родственников гипермастигин –

трихомонад – атрактофоры отсутствуют, поэтому для гиперма-

Рис. 4.98. Атрактофоры как центры организации микротрубо-

чек внеяденого митотического веретена при закрытом плевро-

митозе у Barbulanympha. (По: Cleveland et al., 1934.)

А – передний конец тела с интерфазными атрактофорами (аф) и

атрактосферами (ас). Б – формирование внеядерного веретена

деления между атрактосферами в профазе. В – анафаза. ж –

жгутики, я – ядро.

297

4.7. УНИКАЛЬНЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ И СТРУКТУРЫ

стигин их наличие является апоморфным признаком. Эти струк-

туры служат только для формирования внеядерного митотичес-

кого веретена, микротрубочки которого отходят от атрактосфер

(рис. 4.98). Такую же функцию во время митоза выполняют ри-

зопласты некоторых хризофитовых, гаптофитовых и празино-

фитовых (см. стр. 259), которые тоже имеют фибриллярную

природу. Поэтому применительно ко всем протистам наличие

атрактофоров нельзя считать уникальным признаком полима-

стигин.

Внеклеточная цитоплазматическая сеть. По сути дела, эта

сеть является сильно развитой системой ретикулоподий, кото-

рые отходят от веретеновидных клеток в нескольких местах, сли-

ваются с ретикулоподиями других клеток, формируя единую

цитоплазматическую сеть вне веретеновидных клеток. В мес-

тах соединения клеток с этой сетью находятся сагеногенетосо-

мы, которые можно рассматривать как продуцирующие сеть

органеллы, или участвующие в транспорте питательных веществ

из сети в клетку. Эта сеть имеется только у лабиринтул и траус-

тохитридиевых.

Гаптонема. У некоторых хризофитовых помимо двух жгу-

тиков был обнаружен тонкий вырост (гаптонема), который

обычно скручивается в спираль. Такие хризомонады были вы-

делены в самостоятельный класс еще до электронно-микро-

скопических исследований гаптонемы (Christensen, 1962).

Ультраструктурные исследования показали, что гаптонема

действительно существенно отличается от жгутика: внутри нее

проходит лента из 6–8 микротрубочек, окруженная каналом

гладкого эндоплазматического ретикулума (Moestrup,

Thomsen, 1986) (рис. 4.99). Ее микротрубочки обычно отхо-

дят от одной из кинетосом, в связи с чем можно считать ее од-

ним из микротрубочковых корешков жгутика. Хибберд

(Hibberd, 1976) указывает, правда, на наличие фибриллярных

корешков у самой гаптонемы.

Вся эта группа организмов обладает рядом других призна-

ков, коррелирующих с наличием гаптонемы. К ним относятся:

наличие мелких шишковидных чешуек на жгутиках, своеоб-

разное строение переходной зоны и корешковой системы, фор-

298

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

мирование крупных кокколитов на поверхности клетки, кото-

рые синтезируются в диктиосомах аппарата Гольджи, и отсут-

ствие опоясывающей ламеллы в хлоропластах.

Гаплоспоросома. Эти небольшие пузырьки с электронно-

плотным гомогенным содержимым и внутренней замкнутой

мембраной, образующей внутренний пузырек неправильной

формы, встречаются только у гаплоспоридий. Они участвуют в

формировании клеточной стенки споры гаплоспоридий.

Глазок эустигматофитовых. Стигма этих охрофитов образо-

вана группой крупных пигментных гранул, лежащих вне хло-

ропласта без ограничивающих их мембран (рис. 4.97 Д). Глаз-

ки с такими признаками встречаются среди динофитовых,

однако только у эустигматофитов стигма связана с основанием

переднего (опушенного) жгутика. По последнему признаку эус-

тигматофитовые уникальны среди протистов. Чаще всего этот

признак оценивается как апоморфный по сравнению с особен-

Рис. 4.99. Схема строения гаптонемы. (По: Inouye, Kawachi,

1994.)

А – поперечные срезы гаптонемы на уровнях (а–и), показанных

на продольном срезе (Б). 1–9 – номера микротрубочек гаптоне-

мы, которые реорганизуются по мере приближения к ее дисталь-

ному концу. к – кинетосома жгутика, мт – микротрубочки

гаптонемы, эр – эндоплазматический ретикулум.

299

4.7. УНИКАЛЬНЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ И СТРУКТУРЫ

ностями глазков зооспор ксантофитовых. С ним коррелирует

отсутствие опоясывающей ламеллы в хлоропласте и наличие

вздутия на переднем жгутике (рис. 2.17).

Граны. Граны или граноподобные структуры отличаются от

ламелл, состоящих преимущественно из трех тилакоидов оди-

наковой длины, тем, что их тилакоиды короче, имеют разную

длину и разное количество в гране. Граны характерны для хло-

ропластов высших растений и для зеленых водорослей, где их

часто называют граноподобными структурами.

Гребенчатая тубулемма. Такие покровы образованы гребня-

ми тубулеммы различного размера, которые укреплены про-

дольными лентами микротрубочек (рис. 4.7). Они встречаются

только у протеромонад и опалин. Этот признак коррелирует с

процессом полимеризации кинетиды у этих протистов в ряду

Proteromonas – Karotomorpha – Opalina, трубчатыми кристами

в митохондриях и наличием двойной спирали в переходной зоне

жгутиков. Продольные гребневидные выросты поверхности

клетки характерны также для грегарин, однако они не укреп-

ляются микротрубочками и образованы пелликулой, а не тубу-

леммой.

Динокарион. Ядро такого типа встречается только у дино-

фитовых. Оно характеризуется низким содержанием основных

белков (гистонов), вследствие чего в динокарионе не формиру-

юутся нуклеосомы, на которые «накручены» нити ДНК, как в

ядрах других эукариот. Поэтому ДНК динокариона упакована

иначе: она подвергается неоднократной спирализации, в резуль-

тате чего формируются сравнительно толстые нити, хорошо за-

метные на ультратонких срезах. Этот признак коррелирует с

другими характерными признаками динофитовых: наличием

теки, пузулы, закрытого внеядерного плевромитоза и, как ни

странно, всевозможных симбионтов.

Звездчатая структура. Это образование находится в переход-

ной зоне жгутика только у зеленых водорослей и высших рас-

тений. Структура представляет собой тонкие мостики внутри ци-

линдра аксонемы, которые связывают периферические дублеты

микротрубочек через один. На поперечных срезах она выгля-

дит как девятиконечная звезда, а на продольных срезах через

300

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

переходную зону жгутика – как Н-образная структура, т.к. ча-

сто пересекается поперечной пластинкой (рис. 4.21).

Кариомастигонт. Четыре попарно расположенные кинетосомы

связаны с ядром при помощи корешков и элементов цитоскелета.

Этот сложный комплекс отмечен только у полимастигин, в преде-

лах которых имеют место процессы полимеризации кинетиды. На-

личие кариомастигонта приводит к тому, что процесс полимери-

зации кинетосом, как правило, сопровождается полимеризацией

ядер. У парабазалий этот комплекс включает и такие мощные ци-

тоскелетные образования, как аксостиль, который является про-

изводным фибриллярного сигмовидного корешка.

Кинетопласт. Эта специализированная органелла представ-

ляет собой расширение митохондриона, в котором сконцентри-

рована большая часть митохондриальной ДНК, так называе-

мая кинетопластная ДНК, которая представлена мини- и

макси-кольцами. Кинетопласт обычно располагается рядом с

кинетосомами (рис. 4.100). В нем хорошо различимы нити

ДНК, имеющие своеобразную упаковку. Изучение кинетопла-

стид (Vickerman, 1977) показало, что митохондриальная ДНК

этих организмов может быть сконцентрирована не в одном ме-

сте (эукинетопластия), а в нескольких расширениях митохон-

дрии (поликинетопластия) или может равномерно распреде-

ляться по всему митохондриону (панкинетопластия). В

последнем случае кинетопласт не выявляется на цитохимичес-

ком уровне, и чтобы подтвердить принадлежность простейше-

го к кинетопластидам, необходимо использовать признаки стро-

ения цитоскелета, которые коррелируют с наличием

кинетопласта.

Крахмал внутри хлоропласта. Синтез и формирование зерен

крахмала внутри пластид встречается только у зеленых водо-

рослей и их бесспорных потомков – наземных растений. У всех

других водорослей запасные вещества откладываются в цитоп-

лазме или в перипластидном пространстве (как у криптофито-

вых). Этот признак зеленых водорослей и высших растений со-

четается с другими уникальными признаками этой ветви

развития эукариот: упаковка тилакоидов в виде гран (рис. 4.72),

наличие звездчатого образования (рис. 4. 21) в переходной зоне