Микромир великого значения: роль одноклеточных организмов в природе

Микромир великого значения: роль одноклеточных организмов в природе

Замечание 1

В природе много не только одноклеточных животных, но и одноклеточных растений и грибов. Например, среди зеленых водорослей к представителям одноклеточных принадлежат хламидомонада и хлорелла, а среди грибов одноклеточными являются дрожжи.

Одноклеточные растения и животные являются типичными эукариотическими клетками, имеющими соответствующие органеллы:

• поверхностную мембрану,
• ядро,
• митохондрии ,
• аппарат Гольджи,
• эндоплазматическую сеть ,
• рибосомы .

Различия строения одноклеточных животных и одноклеточных растений связаны с различиями способа их питания. Для растительных клеток характерно наличие пластид , вакуоли, клеточной стенки и других особенностей, связанных с фотосинтезом. Для животных клеток характерно наличие гликокаликса, пищеварительных вакуолей и других особенностей, связанных с гетеротрофным питанием.

У грибов клетка имеет клеточную стенку, в этом проявляется сходство грибов с бактериями и растениями. Но грибы являются гетеротрофами, и это роднит их с животными.

Одноклеточные эукариоты размножаются преимущественно бесполым путем, но у некоторых из них (например, у инфузории-туфельки) наблюдается половой процесс - обмен генетической информацией , а в других (например, в хламидомонады) происходит половое размножение. Бесполое размножение происходит путем деления клетки пополам с помощью митоза. При половом размножении образуются гаметы, которые затем сливаются с образованием зиготы.

Роль одноклеточных эукариот в природе и жизни человека значительна. Они являются составными частями пищевых сетей и цепей, играют важную роль в процессах почвообразования, некоторые из них, отмирая, образуют залежи известковых и силициевых пород, входящих в состав земной коры. Человек использует в своей хозяйственной деятельности одноклеточные грибы. Так, специальные штаммы дрожжей, выделяют много углекислоты, используют в хлебопекарнях для поднятия теста. Дрожжи также применяют в производстве лимонной кислоты и некоторых кисломолочных продуктов.

Связанные вопросы и ответы:

Какие функции выполняют одноклеточные организмы в природе

В водной среде простейшие являются питанием для мелких животных. Многие моллюски, ракообразные, черви, мальки рыб, личинки, водяные насекомые питаются одноклеточными животными. В свою очередь эти мелкие животные являются пищей более крупных животных, которые приносят огромный вклад в сельское, рыбное и народное хозяйство. Одноклеточные организмы образуют планктон, которым питаются киты, кашалоты.

Сами простейшие, а особенно инфузории питаются бактериями, разложившимися органическими остатками, и тем самым очищают водоемы от загрязнения. Так же простейшие фототрофы насыщают воду кислородом, и уменьшают содержание углекислого газа. Простейшие имеют способность из органических веществ на свету создавать неорганические вещества.

Статья: Значение одноклеточных в природе и жизни человека

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Найти решение задачи

Замечание 1

Большинство простейших являются индикаторами чистоты воды. Определить загрязненную воду поможет большая численность в водоеме инфузорий и эвглен некоторых видов. В чистой воде обитают инфузории-туфельки, трубачи, спиростомумы. В воде с малым содержанием органических и большим содержанием минеральных веществ живет амеба обыкновенная.

Простейшие кроме водного пространства населяются и в почве, насыщенной влагой. Одноклеточные организмы вместе с другими почвенными обитателями поддерживают плодородие почв и участвуют в почвообразовании.

Как взаимодействие с окружающей средой изменяет жизненный цикл одноклеточных

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.

В чем заключается роль бактерий и вирусов в человеческом организме

Таким образом, и вирусы, и бактерии способны поражать организм, вызывая инфекционное заражение. Ключевая разница между ними – в механизме размножения. Вирусы не могут размножаться во внешней среде, поэтому им необходимо внедриться в клетку. Бактерии размножаются делением и могут жить во внешней среде длительное время, дожидаясь попадания в организм человека. Соответственно, механизмы для противобактериальной и противовирусной защиты также должны различаться⁴.

Подведем краткие итоги. Отличия вируса от бактерии таковы⁴:

• Размер и форма существования. Вирус – простейшая жизненная форма, бактерия – одноклеточное живое существо.
• Жизнедеятельность. Вирус существует только внутри клетки и заражает её, после чего происходит размножение (клонирование). Бактерия живет полноценной жизнью, размножаясь делением, а организм для неё – лишь благоприятное место существования.
• Форма проявления. Вирусам свойственно проявлять себя повышением температуры тела, общей слабостью, мышечными и суставными болями. Бактерии проявляют себя нездоровыми выделениями (гнойные или как специфический налет).

Типичные вирусные заболевания: ОРВИ , грипп , герпес, корь и краснуха. Также к ним относятся энцефалит, гепатиты, оспа, ВИЧ и др.

Типичные бактериальные заболевания: сифилис, коклюш, холера, туберкулез, дифтерия, брюшной тиф и кишечные инфекции, ИППП.

Бывает, что и те, и другие вызывают одно заболевание совместно. Подобный симбиоз требует особого лечения. Примером могут служить: синусит , тонзиллит, менингит, пневмония и другие заболевания⁵.

Какие болезни могут вызвать одноклеточные организмы

Благодаря трудам Антони ван Левенгука и Луи Пастера мы стали понимать, чем именно вызываются так называемые «заразные» (контагиозные, инфекционные) болезни. Любой школьник сегодня сходу выпалит: «Вирусы и бактерии»! – а отличник добавит: «И грибки». Действительно, к настоящему времени описаны и классифицированы сотни тысяч вирусных, бактериальных и грибковых культур, многие из которых в отношении человека являются патогенными, а некоторые и смертоносными. Однако есть в микромире и другие формы жизни, для человека потенциально или реально опасные, но при этом не относящиеся ни к вирусам, ни к грибам, ни к бактериям. Таковы, в частности, протозоа («простейшие», protozoa) – одноклеточные микроорганизмы, имеющие в своем строении клеточное ядро и функциональные «манипуляторы» в виде жгутиков, ножек-псевдоподий и т.д. Этими двумя особенностями, – наличием клеточного ядра и функциональных органоидов, – простейшие отличаются от безъядерных бактерий. Кроме того, протозойные культуры способны размножаться как «бактериальным» агамогенезом (бесполое деление с последующей рекомбинацией разорванной ДНК), так и более совершенным способом гаметогенеза, подразумевающим образование предзародышевых половых клеток с обменом и передачей хромосомной информации. Большинство простейших могут использовать, в зависимости от условий, любой из этих способов. Еще одним ключевым отличием от бактерий является гетеротрофное питание: протозойные организмы неспособны синтезировать необходимые им органические вещества из неорганических и, таким образом, вынуждены искать другие источники – паразитировать, поглощая клетки более развитых макроорганизмов, «охотиться» на другие микроорганизмы (на те же бактерии, например) или питаться детритными, разлагающимися массами мертвой органики. Наконец, по сравнению с бактериями и, тем более, с вирусами – простейшие гораздо крупнее. Их размеры относятся, как правило, к микрометровому диапазону (10-50 миллионных долей метра, т.е. сотые доли миллиметра). Самые мелкие из простейших, – например, очень опасная для определенных категорий населения токсоплазма , внутриклеточный паразит, – это всего один-два микрометра, что сопоставимо с размерами больших бактерий (габариты которых составляют, в среднем, от 0,3 до 5 мкм; впрочем, и среди вирусов, обычно нанометровых, тоже известны микрометровые «гиганты»), но многие протозойные формы вырастают до нескольких миллиметров, т.е. человек с нормальным зрением легко различает их невооруженным глазом – таковы, например, некоторые виды инфузорий или планктонных радиолярий. Диаметр же глубоководной ксенофиофоры, ацетабулярии или валонии пузатой вообще измеряется сантиметрами, хотя все эти организмы являются одноклеточными и классифицируются как простейшие.
Следует отметить, говоря о классификациях, что на разных этапах развития биологической науки простейшим в иерархии живой природы отводились различные позиции. Сегодня большинство специалистов считает их пред‑животными, – примитивной древней формой жизни на Земле (возраст протозоа составляет примерно 2-2,5 млрд лет), – и относит простейших именно к животному царству. Соответственно, протозойные заболевания следует считать скорее паразитарными, нежели инфекционными.

Как одноклеточные микроорганизмы используются в промышленности

Археми (лат. Archaea от др.-греч. ?счб?пт «извечный, древний, первозданный, старый») -- домен живых организмов (по трёхдоменной системе Карла Вёзе наряду с бактериями и эукариотами). Археи представляют собой одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл. Ранее археи объединяли с бактериями в общую группу, называемую прокариоты (или царство Дробянки (лат. Monera)), и они назывались архебактерии, однако сейчас такая классификация считается устаревшей: установлено, что археи имеют свою независимую эволюционную историю и характеризуются многими биохимическими особенностями, отличающими их от других форм жизни. В настоящее время археи подразделяют на более чем 5 типов. Из этих групп наиболее изученными являются кренархеоты (лат. Crenarchaeota) и эвриархеоты (лат. Euryarchaeota). Классифицировать археи по-прежнему сложно, так как подавляющее большинство из них никогда не выращивались в лабораторных условиях и были идентифицированы только по анализу нуклеиновых кислот из проб, полученных из мест их обитания. Археи и бактерии очень похожи по размеру и форме клеток, хотя некоторые археи имеют довольно необычную форму, например, клетки Haloquadratum walsbyi плоские и квадратные. Несмотря на внешнее сходство с бактериями, некоторые гены и метаболические пути архей сближают их с эукариотами (в частности ферменты, катализирующие процессы транскрипции и трансляции). Другие аспекты биохимии архей являются уникальными, к примеру, присутствие в клеточных мембранах липидов, содержащих простую эфирную связь. Большая часть архей -- хемоавтотрофы. Они используют значительно больше источников энергии, чем эукариоты: начиная от обыкновенных органических соединений, таких как сахара, и заканчивая аммиаком, ионами металлов и даже водородом. Солеустойчивые археи -- галоархеи (лат. Haloarchaea) -- используют в качестве источника энергии солнечный свет, другие виды архей фиксируют углерод, однако, в отличие от растений и цианобактерий , ни один вид архей не делает и то, и другое одновременно. Размножение у архей бесполое: бинарное деление, фрагментация и почкование. В отличие от бактерий и эукариот, ни один известный вид архей не формирует спор. Изначально архей считали экстремофилами, живущими в суровых условиях -- горячих источниках, солёных озёрах, однако потом они были обнаружены в самых различных местах включая почву, океаны, болота и толстую кишку человека. Архей особенно много в океанах, и, возможно, планктонные археи являются самой многочисленной группой ныне живущих организмов. В наше время археи признаны важной составляющей жизни на Земле. Они играют роль в круговоротах углерода и азота. Ни один из известных представителей архей не является ни паразитом, ни патогенным организмом, однако они часто бывают мутуалистами и комменсалами. Некоторые представители являются метаногенами и обитают в пищеварительном тракте человека и жвачных, где они помогают осуществлять пищеварение. Метаногены используются в производстве биогаза и при очистке канализационных сточных вод, а ферменты экстремофильных микроорганизмов, сохраняющие активность при высоких температурах и в контакте с органическими растворителями, находят своё применение в биотехнологии.

Как влияют одноклеточные на экологическое равновесие

Изучение простейших началось значительно позже, чем изучение большинства других групп животного мира. Оно стало возможным лишь после изобретения микроскопа, что произошло в начале
XVII в.

В 1675 г. голландец Антон Левенгук, рассматривая под микроскопом каплю воды, впервые открыл в ней множество микроскопических, ранее неведомых организмов, среди которых были и простейшие.

Наблюдения Левенгука возбудили большой интерес к этому новому миру живых существ. В конце XVII и первой половине XVIII в. появляется большое число сочинений, посвященных изучению микроскопических организмов. Однако современного представления о простейших как одноклеточных организмах тогда не существовало, ибо само понятие о клетке было сформулировано лишь в конце первой половины XIX в. К этому вновь открытому миру микроскопических живых существ, которых чаще всего называли «мелкими наливочными животными» (Animalcula infusoria), относили самые различные организмы (простейших, круглых и ресничных червей, коловраток, одноклеточные водоросли ит. п.) по признаку их микроскопических размеров. Термин «инфузории», который в настоящее время обозначает один из классов простейших, в XVII—XVIII вв. имел совсем другое значение. Микроскопические организмы обильно развиваются в разных растительных настойках — infusum. Отсюда и произошло название, которое сначала не было связано с систематическим положением организмов, а означало «наливочные» или «настоечные» животные, т. е. развивающиеся в настойках.

Какие методы изучения одноклеточных организмов используют ученые

В отличие от прокариотов, эукариоты – это ядерные живые организмы (т.е. их клетки содержат ядро).

Они могут быть как одноклеточными, так и многоклеточными, однако строение клеток у них однотипное.

В группу эукариотов (они могут быть одно- или многоклеточными) входят растения, животные (в том числе человек) и грибы.

Клетки эукариот разделены системой мембран на отдельные отсеки, имеют схожий химический состав и однотипный обмен веществ.

Генетический материал сконцентрирован, главным образом, в хромосомах, которые образованы цепочками ДНК и белковыми молекулами. В цитоплазме располагаются мембранные органоиды.

Непременным структурным элементом любой эукариотической клетки является ядро . В нём, а также в митохондриях животные клетки хранят наследственную информацию.

В растительных клетках эта информация находится не только в ядре и митохондриях, но ещё и в пластидах. Объёмное соотношение между ядром и цитоплазмой называется ядерно-цитоплазматическим индексом, с помощью которого можно оценить уровень метаболизма .

Почему грибы принадлежат к группе эукариот

У клеток грибов есть оформленное ядро, поэтому их относят к эукариотам.

Правда, изначально к эукариотам относили только растения и животных. В дальнейшем были выделены грибы как отдельное царство, так как они сочетают в себе растительные и животные признаки.

В частности, у них отсутствует хлорофилл, а питание происходит путём впитывания органических веществ из внешней среды (создавать собственную органику они не способны). Размножаются грибы как половым, так и бесполым способом.

В состав клетки эукариот входят следующие основные компоненты:

1. ядро;
2. ядерная мембрана;
3. линейная ДНК;
4. цитоплазма;
5. митохондрии;
6. плазматическая или клеточная мембрана;
7. хромосомы;
8. рибосомы;

Согласно самым распространённым научным гипотезам эукариоты появились порядка 1,5 млрд.лет тому назад. Многие учёные полагают, что они эволюционировали благодаря симбиогенезу, т.е. взаимодействию собственных клеток с клетками бактерий.

В чем разница между прокариотами и эукариотами

Простейшие обитают в водной, почвенной и организменной средах, то есть во всех возможных, за исключением воздушной. Они не любят жить на воздухе, так как важнейшим условием их существования является наличие влаги , при нехватке которой они переходят в стадию цисты.

Циста — форма, в которой простейшим легче пережить неблагоприятные условия.

Циста имеет плотную оболочку, а все процессы обмена веществ в ней заторможены.

Оболочка цисты — своеобразный скафандр, в котором клетка, как космонавт в открытом космосе, полностью защищена от воздействия внешних факторов. В скафандре космонавт может дышать, разговаривать, но расходовать ресурсы (например, кислород) он должен очень экономно, иначе они быстро закончатся. Так и в цисте — все процессы жизнедеятельности протекают замедленно, причем происходят только самые важные реакции, которые поддерживают жизнь в клетке. При благоприятных условиях простейшие выходят из цист.

Существуют простейшие, которые могут образовывать колонии — специфические формы совместного проживания одноклеточных организмов. Клетки в колонии независимы друг от друга и могут существовать отдельно. По мнению многих ученых, такие колониальные организмы дали начало многоклеточным животным.

Чтобы запомнить этот термин, можно ассоциировать его с группой студентов в университете. Колония состоит из множества особей, как и группа состоит из множества студентов, взаимодействующих друг с другом. Однако каждая клетка колонии, как и каждый человек из группы, может существовать и отдельно от этого сообщества.

Но большинство Простейших все-таки именно одноклеточные. Так давайте же узнаем, какой должна быть клетка, чтобы обеспечивать функционирование себя, как целого организма.

Какие средства защиты от одноклеточных организмов существуют

Москва. 4 мая. ИНТЕРФАКС – Российские учёные опубликовали свежие результаты исследования диатомовых водорослей — одноклеточного организма с поразительными свойствами, который может стать прообразом ряда прорывных технологических решений, сообщает пресс-служба МИСИС.

"По образу и подобию стеклянного пористого панциря диатомей можно сконструировать мембрану для миниатюрного сверхчувствительного и энергосберегающего микрофона или фотонный кристалл — так называется ключевая составляющая быстрых и энергоэффективных оптоэлектронных микросхем будущего", - говорится в сообщении.

Диатомовые — обширная группа одноклеточных водорослей с характерным твёрдым, лёгким и пористым панцирем из диоксида кремния. Они смогли успешно заселить практически все водоёмы на Земле: на их долю приходится четверть всей биомассы, производимой на планете, а также пятая часть всего вырабатываемого фотосинтезом кислорода.

Подобные стеклянному кружеву экзоскелеты диатомовых "являются неисчерпаемым источником вдохновения для разработки новых материалов и устройств". Они уже применяются для очистки воды от тяжёлых металлов, а также в качестве мягких абразивных веществ в составе зубной пасты. В числе технологий, которые могут выиграть от воспроизведения структуры этого панциря, — микроэлектромеханические системы и фотонные интегральные схемы. Первые представляют собой основу для чувствительных, компактных и энергоэффективных микрофонов, а вторые могут стать основой для высокопроизводительных и энергосберегающих устройств, обрабатывающих информацию в форме света, а не электрических импульсов, как в современной электронике.

Научный коллектив изучил механические свойства как высушенных, так и влажных, не очищенных от органики панцирей диатомовых водорослей диаметром 30–40 микрометров. Измерялась твёрдость, гибкость, вибрационные характеристики и их связь со сложной двухуровневой структурой диатомеи: экзоскелет состоит из двух частей, причём характер пор внутри и снаружи отличается, что удалось установить впервые.

Один из руководителей исследования, заведующий лабораторией биофотоники Сколтеха профессор Дмитрий Горин, отмечает уверенность ученых в том, что дальнейшее исследование панцирей диатомовых водорослей приведет к прорывным результатам.

"Исследование сделает возможными прорывные технологические решения, от мембран для оптоакустических эндоскопов или MEMS-микрофонов, даже внешне напоминающих эти водоросли, и вплоть до новых композитных материалов, которые будут воспроизводить структуру диатомеи с добавлением других компонентов и функций", - сказал Горин.