Как простейшие оказывают влияние на экосистему и человека

Как простейшие оказывают влияние на экосистему и человека

Данное исследование посвящено изучению многообразия, строения, развития и особенностей простейших организмов. Особое внимание уделяется классификации простейших, их распределению по планете и по типам местообитаний, а также паразитическим видам простейших. Исследуется влияние простейших на здоровье человека, вызываемые ими заболевания.

Тип: исследовательский проект

Объект исследования: простейшие организмы

Предмет исследования: многообразие, классификация, распределение, влияние на окружающую среду и здоровье человека

Методы исследования: анализ литературы, полевые и лабораторные исследования, статистический анализ данных

Научная новизна: В результате исследования будут выявлены новые аспекты влияния простейших на человека и окружающую среду, а также обобщены данные о распределении и классификации простейших.

Идея проекта: Идея проекта заключается в изучении разнообразных аспектов жизни простейших организмов и их влиянии на окружающую среду и здоровье человека.

Цель проекта: Целью проекта является проведение исследования многообразия и особенностей простейших организмов, их классификации, распределения и влияния на человека.

Проблема: Исследование направлено на выявление особенностей простейших организмов, их влияния на экосистему и возможных опасностей, связанных с вызываемыми ими заболеваниями у человека.

Целевая аудитория: студенты биологических и медицинских направлений, специалисты в области биологии, медицины и экологии

Задачи проекта: 1. Провести обзор литературы по классификации и развитию простейших. 2. Изучить распределение простейших по планете и типам местообитаний. 3. Исследовать паразитические виды простейших. 4. Проанализировать болезни человека, вызванные простейшими.

Роли в проекте: исследователь, аналитик, автор, консультант

Ресурсы: печатные и электронные источники, лабораторное оборудование, базы данных по распределению видов, специалисты для консультаций

Продукт: результатом проекта будет научный отчет, содержащий подробное описание многообразия простейших, их классификацию, распределение, влияние на окружающую среду и здоровье человека.

Связанные вопросы и ответы:

Какие виды простейших существуют в природе

Другое название простейших — протисты. Из названия понятно, что клетка имеет простое строение. Это одноклеточные или многоклеточные организмы. Сложных структур у них нет.

Простейшие — эукариоты, то есть в клетке простейших есть оформленное ядро с многослойной ядерной оболочкой, в котором хранится генетическая информация. В этом они отличаются от бактерий: бактерии — прокариоты, то есть их генетическая информация не отделена от цитоплазмы и свободно плавает в ней.

Строение эукариотической клетки

Протисты способны перемещаться. Для этого в строении клетки простейших есть:

1. Ложноножки (псевдоподии): длинные выросты цитоплазмы; наиболее простой вид движения; характерны для амёб;
2. Жгутики: структуры, которая вращаются, тем самым вызывая движение; характерны для жгутиконосцев;
3. Реснички: структуры, похожие на жгутики, но они короче и перемещают клетки движением вперёд-назад; характерны для инфузорий.

Органоиды передвижения

Чаще всего эти организмы состоят из одной клетки, через всю поверхность которой происходит обмен газами. Однако для удаления ненужных веществ протисты выработали специальные органоиды — сократительные вакуоли.

Сократительная вакуоль

Простейшие способны размножаться бесполым и половым путём. Бесполое размножение характеризуется разделением клетки надвое. При половом встречаются два простейших и сливаются. Происходит оплодотворение. Половое размножение даёт организмам преимущество в изменяющихся условиях среды, а бесполое — в неизменных.

Типы размножения простейших животных

Обычно протисты подвижны, но могут вести и неподвижный образ жизни. В неблагоприятных условиях клетка покрывается толстой оболочкой, а метаболизм сводится к минимуму. Такое состояние называется циста.

Циста

Как и бактерии, простейшие обитают везде и вносят свой вклад в круговорот веществ. Питание простейших животных разнообразно. Простейшие-гетеротрофы питаются органическими веществами и очищают водные пространства (инфузория). Простейшие паразиты питаются веществами хозяев (токсоплазма). Некоторые способны фотосинтезировать, тем самым обогащают атмосферу кислородом (эвглена зелёная).

Паразитические простейшие

Мел — результат деятельности простейших. Если внимательно посмотреть на мел, можно увидеть мельчайшие частицы раковин. К таким простейшим относится раковинная амёба — фораминифера. Её раковина состоит из кальция. Когда-то эти простейшие отмирали и образовывали огромные склады остатков мела.

Как простейшие влияют на здоровье почвы и растений

Почва — это гораздо больше, чем просто грязь, она живая. В чайной ложке почвы содержится больше микробов, чем людей на земле. Один гектар плодородной почвы может содержать в среднем 8-15 тонн бактерий, грибов, простейших, нематод, дождевых червей и членистоногих.

Мудрая природа позаботилась о растениях. Почвенные микробы образуют симбиотические (взаимовыгодные) отношения с растениями, усиливая защиту от патогенов и стимулируя их рост в обмен на источники пищи. Такие микробы представляют собой особый класс бактерий, которые занимают ризосферу (корневую зону) и обладают способностью улучшать развитие и повышать защитные силы растений.

Как мы знаем, растения получают пищу из почвы, в которой они растут. Однако эта пища доступна им только благодаря большому разнообразию микробов (особенно бактерий и грибков), которые могут химически и механически преобразовывать материалы в почве в питательные вещества. Таким образом, эти бактерии напрямую влияют на рост растений, облегчая доступ к таким питательным веществам, как азот, фосфор, железо и другие.

Хотя азот, фосфор и железо могут быть в изобилии в почве, они часто находятся в форме, которую растение не может использовать. Бактерии, стимулирующие рост растений, преобразуют эти питательные вещества в форму, которую растение может легко использовать для питания.

Эти бактерии также могут продуцировать растительные гормоны, такие как ауксины, гиббереллины и цитокинины. Эти гормоны стимулируют рост корней и побегов в обмен на источники питания, получаемые ими из растения.

Кроме того, бактерии, стимулирующие рост растений, обладают способностью защищать растения от патогенов. В борьбе за питательные вещества они вытесняют патогены и производят антибиотики и противогрибковые метаболиты.

Подобные бактерии могут помочь растению защитить себя от патогенов совершенно удивительным образом. Они способствуют тому, что в растении запускается сигнал, который активирует защитную систему. Это включает в себя укрепление клеточных стенок растений, производство антимикробных веществ и синтез белков, связанных с патогенами.

Чему мы обязаны простейшим в процессе разложения органических веществ

Разложение – процесс распада сложных макромолекулярных органических соединений на более простые. Данный процесс довольно сложен и включает в себя физико-механические, биологические и химические аспекты. Ведущую роль в разложении играют микроорганизмы. В почве преобладают 3 их группы: бактерии, грибы, водоросли. *Бактерии – большинство гетеротрофы, аэробные организмы. Они выполняют ряд биохимических процессов: нитрификацию, аммонификацию, окисление. Скорость такого разложения максимальна, но они не способны разлагать некоторые органические соединения (смолы). Бактерии доминируют в почвах с высокой температурой. *Грибы – в почвах больше плесневых грибов. Грибы обладая мощным ферментативным аппаратом способны разлагать практически все органические вещества, но с меньшей скоростью. *Водоросли – в почвах три группы: сине-зеленые – в тропических почвах, зеленые, диатоловые – на севере. Непосредственно в разложении они не участвуют, а служат пищей простейшим. Основная масса микроорганизмов обитает в верхних горизонтах: подстилке, а также вблизи корней. Общая численность микроорганизмов и их групповой состав с севера на юг заметно изменяется. Безпозвоночные – измельчают растительные остатки, что делает их доступнее микроорганизмам. Затаскивают в глубь почвы, что ускоряет разложение. Преобладают черви. Позвоночные – их роль менее значима хотя они и участвуют в круговороте веществ, обогащают органическим веществом и азотом, а их экскременты являются очагами повышенной микробиологической активности.

Какую роль играют простейшие в пищевой цепи

Пищевые связи в экосистеме

План урока

• Пищевые цепи
• Трофическая структура экосистемы

Цели урока

• уметь характеризовать трофическую структуру экосистемы, сравнивать пастбищную пищевую цепь с детритной, составлять простейшие пищевые цепи
• знать трофические уровни экосистемы

Разминка

• Что такое пищевые связи?
• Какие типы пищевых цепей существуют в природе?

Пищевые цепи

Поддержание целостности сообщества обеспечивается разнообразными связями между организмами. Наибольшее значение в природе имеют пищевые связи, благодаря которым осуществляется непрерывный вещественно-энергетический обмен между живым и неживым веществом природы.

Пищевая цепь — ряд взаимоотношений между группами организмов, при которых происходит перенос вещества и энергии путём поедания одних особей другими.

В сообществе живые организмы тесным образом связаны не только между собой, но и с неживой природой. Связь эта выражается через поступление пищи, воды, кислорода в живые организмы из окружающей среды. Пища содержит энергию, которая необходима для жизнедеятельности организма. Таким образом, биоценоз может стабильно существовать только при перераспределении вещества и энергии через пищевые цепи.

Для любого сообщества можно составить схему всех пищевых взаимосвязей организмов. Эта схема имеет вид сети (её переплетения бывают очень сложными) и носит название пищевая ( трофическая ) сеть .

Рис. 1. Трофическая сеть широколиственного леса

Пищевая сеть образована несколькими пищевыми цепями, в каждой из которых происходит передача вещества и энергии.

В каждой цепи осуществляется однонаправленный поток вещества и энергии от одной группы организмов к другой (на рисунке стрелки показывают передачу вещества).

Цепи питания, начинающиеся с живого органического вещества (обычно с зелёных растений), называются пастбищными или консументными цепями (или цепями выедания ).

Пастбищные цепи питания преобладают в травянистых и водных экосистемах.

Рис. 2. Пастбищная пищевая цепь: живое растение — растительноядное насеко-

мое — хищное насекомое — насекомоядная птица — хищная птица

Трофические цепи, начинающиеся с мёртвого органического вещества детрита (отмершие остатки растений, трупы и экскременты животных), называются детритные или редуцентные цепи (или цепи разложения ).

Детритные цепи преобладают в лесных экосистемах.

Рис. 3. Детритная пищевая цепь: опавшие листья (детрит) — почвенные бактерии, грибы (детритофаги) — почвенные насекомые и черви — хищные насекомые и насекомоядные животные

Трофическая структура экосистемы

Разные виды занимают в пищевой цепи разное положение, создавая трофическую структуру сообществ. Последовательно питаясь друг другом, живые организмы образуют звенья цепи питания, называемые трофическими уровнями.

В чем заключается важность изучения простейших для медицины

Простейшие (лат.Protozoa, от др.-греч.πρῶτος «первый» и ζῷα, формы мн. числа от др.-греч.ζῷον «живое существо») —полифилетическаягруппа, царство одноклеточных или колониальных эукариот, которые имеютгетеротрофныйтип питания. В русскоязычной литературе, как правило, используется термингетеротрофныепротисты, представителями гетеротрофных протистов являютсяфораминиферыиинфузории.

Большинство простейших — микроорганизмы, но некоторые (например, колониальные инфузории зоотамниумы или одиночные спиростомумы) достигают размеров в несколько миллиметров и хорошо видны невооружённым глазом. Настоящих многоклеточных форм среди простейших нет

Характеристика. Простейшие, как правило, имеют размер около 10—40 микрометров, такие формы хорошо видны в световой микроскоп. Некоторые одиночные и колониальные виды (крупные инфузории, радиолярии и др.) могут также достигать и нескольких мм и хорошо видны невооружённым глазом. Наиболее мелкие простейшие (токсоплазмы и пироплазмиды) имеют размеры 1—2 мкм. Простейшие обитают в водной среде и почве, занимают различные трофические уровни. Как хищники они питаются одноклеточными или нитчатыми водорослями, микроскопическими грибами, другими видами простейших, а как микрофаги — бактериями и детритом. Простейшие контролируют бактериальные популяции и регулируют их биомассу. Простейшие могут потреблять пищу путёмэндоцитоза— например,амёбыокружают пищупсевдоподиямии заглатывают её, в то время как другие простейшие имеют клеточный рот (цитостом), через который они поглощают пищу. Некоторые простейшие способны к осмотрофному питанию. Все фаготрофные простейшие переваривают пищу вкомпартментах, называемыхвакуолями.

Как простейшие используются в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности

Пектиновые вещества присутствуют во всех наземных и в некоторых в виде пектина и протопектина. Они в больших или меньших количествах вырабатываются во всех частях растений – листьях, стеблях, корнях, плодах и семенах (особенно много в ) в основном в форме протопектина, то есть в нерастворимой форме. Накопление зольных элементов, в особенности железа, в протопектине, увеличивает устойчивость растения к различным болезням. Растения поражаются в первую очередь лишь теми микроорганизмами, которые продуцируют пектиноразлагающие ферменты. Растворимый пектин содержится в клеточном соке и является запасным веществом, вовлекаемым в процесс обмена. Он способствуют поддержанию в тканях , повышает водоудерживающую способность клеток, тем самым повышает засухоустойчивость растений, устойчивость и плодов при хранении. Соотношение протопектина и растворимого пектина в различных плодах и корнеплодах представляет характерный видовой биохимический признак.

Пектиновые вещества имеют огромное значение при хранении и консервировании растительных продуктов. Под действием пектолитических ферментов и неферментативных гидролитических процессов нерастворимые формы пектина переходят в растворимые, в результате чего в процессе созревания, хранения плодов и овощей и их промышленной переработке ткань размягчается.

Биосинтез пектиновых веществ в клетке полностью еще не изучен. Исходными соединениями для него являются глюкоза или галактоза, которые через определенные этапы окисляются до глюкуроновой и галактуроновой кислот и затем трансгликозидированием в виде фосфорных эфиров образуют сложные цепи полигалактуроновой кислоты. Не выяснено, на каких этапах включаются и присоединяются к полигалактуроновой цепи остатки нейтральных сахаров и полисахаридов, что дает законченное образование макромолекулы пектина.

Согласно современным представлениям пектин имеет линейную структуру. Основной составной частью молекулы пектиновых веществ является нитевидная молекулярная цепь из остатков D-галактуроновой кислоты, имеющих пиранозную конфигурацию и соединенных 1,4- а - гликозидной связью. Существует и другой способ изображения молекулы пектина – отдельные кольца повернуты относительно друг друга и лежат в разных плоскостях.

В порошке пектина в малых количествах присутствуют сахара арабиноза и D-галактоза, реже рамноза, D-ксилоза, фруктоза, которые присоединены к пектиновым молекулам в виде боковых цепей.

В настоящее время принята следующая номенклатура пектиновых веществ, разработанная Комитетом Американского химического общества и официально принятая в 1944 г.:

пектин (pectin) – водо-растворимое вещество, свободное от целлюлозы и состоящее из частично или полностью метоксилированных остатков полигалактуроновой кислоты. В зависимости от количества метоксильных групп и степени полимеризации существуют различные пектины: Н-пектин, – высокоэтерифицированный (высокометоксилированный), и L-пектин – низкоэтерифицированный (низкометоксилированный) пектин.

Применение простейших в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности

Простейшие, такие как пектиновые вещества, играют важную роль в различных отраслях промышленности. В пищевой промышленности пектиновые вещества используются в качестве загустителя и стабилизатора в производстве фруктовых соков, джемов, мармеладов и других продуктов.

В фармацевтической промышленности пектиновые вещества используются в качестве вспомогательного вещества в производстве таблеток, капсул и других лекарственных форм. Они также используются в качестве защитного покрытия для лекарственных средств, что помогает предотвратить их разрушение в желудке.

В косметической промышленности пектиновые вещества используются в качестве компонента в производстве кремов, лосьонов и других косметических средств. Они помогают увлажнять и питать кожу, а также могут быть использованы в качестве загустителя и стабилизатора.

Применение простейших в пищевой промышленности

Пектиновые вещества широко используются в пищевой промышленности в качестве загустителя и стабилизатора. Они помогают создать желаемую консистенцию и текстуру продуктов, а также могут быть использованы для улучшения их вкуса и аромата.

Некоторые примеры применения пектиновых веществ в пищевой промышленности включают:

• Производство фруктовых соков и нектаров
• Производство джемов, мармеладов и других фруктовых консервов
• Производство йогуртов и других молочных продуктов
• Производство кондитерских изделий, таких как торты и пирожные

Применение простейших в фармацевтической промышленности

Пектиновые вещества также используются в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества в производстве лекарственных средств. Они помогают создать желаемую форму и консистенцию лекарственных средств, а также могут быть использованы для улучшения их стабильности и биодоступности.

Некоторые примеры применения пектиновых веществ в фармацевтической промышленности включают:

• Производство таблеток и капсул
• Производство жидких лекарственных средств, таких как сиропы и эликсиры
• Производство мазей и кремов

Применение простейших в косметической промышленности

Пектиновые вещества также используются в косметической промышленности в качестве компонента в производстве кремов, лосьонов и других косметических средств. Они помогают увлажнять и питать кожу, а также могут быть использованы для улучшения ее текстуры и эластичности.

Некоторые примеры применения пектиновых веществ в косметической промышленности включают:

• Производство кремов и лосьонов для кожи
• Производство шампуней и кондиционеров для волос
• Производство средств для ухода за ногтями и кожей
• пектиновые вещества (pectic substances) – физические смеси пектинов с сопутствующими веществами (например, пентозанами и гексозанами);

протопектин (protopectin) – нерастворимый в воде природный пектин растений, состоящий в основном из сети пектиновых цепей, образованных соединением многовалентных ионов металла с неэтерифицированными группами СООН (образование ионных мостиковых связей) и в незначительном количестве при помощи эфирных мостиков с Н₃РО₄;

• производные пектина – пектины с различными группами, связанными по главным валентностям, например ацетилпектин.
• в классификации также отображены пектиновые и пектовые кислоты и их соли − пектинаты и пектаты.

Какие проблемы могут возникнуть при нарушении баланса простейших в природе

Какие методы используются для контроля и управления популяциями простейших

Очень успешный метод, который не затрагивает геном комара, но позволяет эффективно бороться с малярией — внедрение другого паразита!

Вольбахия ( Wolbachia , рис. 10) — бактерия-паразит членистоногих и нематод, которая намного опередила ученых в своих стремлениях контролировать интересующие ее популяции. Она замечена в феминизации хозяина, принуждении к партеногенезу, андроциде (убийстве самцов), преступной цитоплазматической несовместимости. Считается, что «неприязнь» к самцам связана с тем, что эта бактерия не может передаваться от отца к потомству (в мужских гаметах слишком мало цитоплазмы, в которой вольбахии обитают), а потому ей выгодно, чтобы в популяции было больше самок.

Численность комаров можно уменьшить с помощью вольбахии, манипулируя ее штаммами и способностями создавать( incompatible insect technique , IIT, рис. 11). Когда зараженная самка комара спаривается со здоровым самцом или с самцом, который инфицирован тем же штаммом вольбахии, их потомство выживает. Однако зараженные самцы могут оставить потомство только при спаривании с самкой, инфицированной тем же штаммом вольбахии, а иначе возникает цитоплазматическая несовместимость. Таким образом, если выпустить самцов, инфицированных определенным штаммом вольбахии, все потомство «диких» самок и зараженных самцов будет нежизнеспособно.

Однако этим способности вольбахии не ограничиваются! Другое ее необычное свойство состоит в том, что комары, зараженные этой бактерией, демонстрируют повышенную устойчивость к арбовирусным инфекциям. А значит, вольбахии могут блокировать трансмиссию болезней, которые вызывают эти патогены. Как ей это удается? Ответ на этот вопрос еще не найден, но есть несколько предположений. Возможно, вольбахия напрямую воздействует на вирусную РНКили же супрессия вирусов есть следствие других процессов, например, действия бактерии на иммунную систему хозяинаи/или конкуренции за ресурсы клетки.

Какие же проблемы могут возникнуть? Во-первых, если случайно выпустить вместе с самцами несколько лабораторных самок, штамм вольбахии распространится по всей популяции, и план по супрессии с треском провалится. К сожалению, даже при наличии самого нового оборудования для отделения самок от самцов такая ошибка не исключена. В таком случае останется только надеяться, что патоген-блокирующие свойства вольбахии ограничат распространение болезней. Можно было бы на всякий случай стерилизовать выпускаемых комаров (как в SIT), но это может повлиять на вольбахию и ее чудодейственные антипаразитарные свойства.

Использование вольбахии — не самый новый, но, пожалуй, самый успешный биотехнический способ борьбы с комарами, уже опробованный в полевых условиях десятка стран. Однако улучшение этих методов для более тонкого управления популяциями пока затруднено, ведь вся технология основана на естественных свойствах вольбахии, которые мы толком не понимаем.

Какие уникальные адаптации позволяют простейшим выживать в различных условиях среды

Существование живых организмов заставляет задуматься, как, когда и почему они появились. С древнейших времен философов и ученых интересовало, как зародилась жизнь на Земле, где появилась жизнь, изначально ли она существовала на планете Земля или была занесена из космоса?

Современная биология гласит, что живые организмы происходят только от других живых существ . Это значит, что самозарождение бактерий в бульоне или мух в мясе невозможно.

Однако жизнь не могла существовать всегда: 14 миллиардов лет назад, при возникновении Вселенной, образовалась только неживая, неорганическая материя. Зарождение жизни из неживого – основная современная научная гипотеза.

Разбираемся в научных гипотезах о происхождении жизни на Земле и отвечаем на вопрос: «Когда, как и где возникла жизнь на нашей планете».

Основные гипотезы о происхождении жизни на Земле

Наука дает определение жизни как особого способа существования белковых тел и дополняет его обязательными для всех живых организмов свойствами. Это:

1. Обмен веществ и энергии с окружающей средой;
2. Способность реагировать на изменения окружающей среды;
3. Способность развиваться и расти;
4. Единство химического состава – все живые организмы состоят из одних и тех же веществ;
5. Саморегуляция, или поддержание постоянства состава;
6. Способность к самовоспроизведению;
7. Способность эволюционировать и адаптироваться к окружающей среде;
8. Клеточное строение.

Живые организмы структурно намного сложнее неживых объектов, и трудно представить, что когда-то жизнь самозародилась. Однако современные научные теории основаны именно на том, что неживое постепенно стало живым.

По-вашему, каким образом возникла жизнь на Земле?

Она была занесена из космоса (панспермия)

31.9%

Посредством самозарождения РНК

28.59%

Из протоклеток

13.58%

Ее занесли высокоразвитые пришельцы

8.72%

Никаким: она существует по умолчанию (стационарное состояние)

17.22%

Существует несколько гипотез, как, когда и благодаря чему это произошло.

Панспермия

Согласно гипотезе панспермии, живые организмы зародились не на Земле, а попали на планету с метеоритами или кометами.

Иными словами, жизнь была занесена на Землю из Космоса, с какой-то другой планеты. Современные исследования показывают, что это возможно. В вакууме, при крайне низких температурах, без жидкой воды и под действием радиации выживают некоторые микроорганизмы и даже многоклеточные беспозвоночные – тихоходки.