О значении одноклеточных микроорганизмов: понятие, особенности, разновидности

Понятие и отличительные особенности одноклеточных микроорганизмов

Элементарные блоки составляют любые живые организмы во всем их многообразии, в том числе бактерий и людей. Организмы, которые обладают лишь одной клеткой, составляют внушительный процент от общей биомассы на планете и распространены повсеместно. Большинство из них представлено простейшими грибами, растениями и животными, практически не изменившимися со времен зарождения жизни на Земле.

Клетка представляет собой универсальную элементарную единицу живых организмов. Она характеризуется определенной схемой строения, имеет ряд функций и обладает химическим составом. Виды клеток:

• прокариотические;
• эукариотические.

Сравнительно простые прокариотические клетки составляют организмы бактерий и некоторых других простейших организмов экосистемы. Клетки эукариотического типа характерны для всех растений, грибов и животных. Изучением клеток занимается наука цитология. Три тысячи лет назад великим древнегреческим целителем Гиппократом была выдвинута гипотеза, что причиной инфекций являются живые микроорганизмы.

Простейших начали исследовать значительно раньше, чем изучать другие группы. Работа в данном направлении существенно продвинулась с изобретением микроскопа в начале XVII столетия. В 1675 году голландец Антони Левенгук рассмотрел в капле воды множество организмов, в том числе простейших.

Данные наблюдения пробудили большой интерес у научного сообщества. В период с конца XVII по первую половину XVIII столетия было опубликовано большое количество научных трудов, посвященных изучению микроскопических организмов.

Простейшие достигают в размере в среднем от 0,1 до 0,5 мм. Можно встретить более мелких особей, около 0,01 мм. Существуют и крупные организмы, длина которых достигает нескольких миллиметров, а в отдельных случаях, и нескольких сантиметров.

Простейшие отличаются разнообразной формой тела. Оно бывает стабильным, с лучевой, двусторонней симметрией, как у жгутиковых и инфузорий, а также может не обладать постоянной формой, как амеба. Функции одноклеточных организмов схожи с многоклеточными:

• питание;
• движение;
• размножение.

Клетки у простейших организмов отличаются высокой функциональностью, так как отвечают за те процессы, которые у других животных реализуют специальные органы. Степень отличия одноклеточных организмов от остальных настолько велика, что их выделили в отдельное подцарство Простейших.

В состав тела простейшего организма входит цитоплазма и ядро. С внешней стороны клетка окружена специальной мембраной, или пелликулой, которая представляет собой, как правило, эластичную, сравнительно толстую оболочку и состоит не только из клеточной мембраны, но и ряда опорных структур. Цитоплазма ограничена цитоплазматической мембраной, которая расположена снаружи. В данном образовании заключены органоиды в виде:

• митохондрий;
• рибосом;
• эндо-плазматической сети;
• аппарата Гольджи.

Кроме стандартных органоидов, характерных для животной клетки, клеточное тело простейших обладает специальными органоидами, которые можно обнаружить только у одноклеточных:

• органоиды передвижения в виде ложноножек (псевдоподий), жгутиков или ресничек;
• органоиды, с помощью которых организмы питаются, включая пищеварительные вакуоли, клеточный рот, клеточную глотку, анальную пору (порошицу);
• органоиды выделения (экскреции) и регуляции осмотического давления такие, как сократительные вакуоли;
• органоиды размножения, которые представляет ядро в количестве одного или нескольких;
• органоиды защиты и нападения в виде трихоцист, представляющих собой специальные стрекательные образования, расположенные по краям цитоплазмы.

Простейшие организмы могут перемещаться, используя ложноножки, жгутики или реснички, и реагируют на раздражения разного рода:

• свет — фототаксис;
• химические вещества — хемотаксис;
• температуру — термотаксис.

Рацион питания простейших организмов составляют самые разные мельчайшие животные, растительные организмы и разлагающиеся органические вещества. Местами обитания паразитических форм являются поверхность и полости тела, ткани организма их хозяев.

Одноклеточные организмы обладают уникальной особенностью выживать в неблагоприятных условиях окружающей среды за счет способности инцистироваться, то есть формировать цисту. В процессе образования цисты органоиды движения исключаются из организма, животное уменьшается в объеме, становится округлой формы, а клетка приобретает плотную внешнюю оболочку.

Подобным образом организмы переходят в стадию покоя, которая длится до тех пор, пока условия не станут благоприятными для активной жизни.

Отличительные особенности одноклеточных:

1. Жидкая среда является принципиальным условием для жизни одноклеточных. Это может быть не только какой-то водоем, но и внутренние жидкости человеческого тела и других существ.
2. Освоение пространства и перемещение пищи ближе к организму происходит с помощью ложноножек, жгутиков и ресничек. Жгутики способны вкручиваться в жидкость по принципу штопора, а реснички «хлопают», что порождает волны.
3. Одноклеточные в большинстве своем являются гетеротрофами, то есть рацион их питания состоит из готовых органических веществ. Другой пример – эвглена зеленая, которая является миксотрофом, и колониальный вольвокс – автотроф.
4. В числе базовых свойств живого организма – раздражимость, представляющая собой способность клетки изменять физико-химические свойства при воздействии окружающей среды. У простейших данное свойство проявляется в виде таксисов, то есть реакций на любое раздражение. При этом одноклеточные перемещаются к раздражителю (например, к фрагментам пищи), либо удаляются от раздражителя.
5. Одноклеточные не обладают рефлексами по причине отсутствия нервной системы.
6. Размножение одноклеточных происходит путем деления клетки пополам. В первую очередь делится ядро, а затем происходит разрыв цитоплазмы. У некоторых организмов ядро может делиться множество раз (процесс шизогонии у паразитов). Отдельные типы простейших размножаются половым способом.
7. В том случае, когда простейшие размножаются бесполым методом, ядерная оболочка не разрушается в процессе деления клетки.
8. Простейшие обладают митохондриями.

Виды одноклеточных

В настоящее время простейшие насчитывают около 50 тыс. видов. Они распространены в природе там, где есть вода. Это самостоятельные организмы, выполняющие необходимые для жизни функции.

Водные одноклеточные

Морские одноклеточные организмы такие, как фораминиферы и радиолярии, обладают наружным скелетом, который представляет собой известковую раковину. Высокоорганизованными одноклеточными животными являются инфузории. Роль органоидов движения у них выполняют реснички. Тело инфузорий обладает прочной и эластичной оболочкой, стабилизирующей его форму.

Обычно эти организмы состоят из двух ядер: большого и малого. Функцией большого вегетативного ядра является регуляция процессов перемещения, питания, выделения, а также размножения бесполым способом при поперечном делении клетки на две части. Малое ядро инфузории является генеративным и играет большую роль в половом процессе.

К водным одноклеточным организмам относятся миксотрофы, которые питаются за счет фотосинтеза и гетеротрофно. В качестве примера можно рассмотреть эвглену зеленую. Местом обитания эвглены являются водоемы с пресной водой, в которых она перемещается, используя единый жгутик, расположенный в передней части тела.

Цитоплазма этого одноклеточного организма обладает хлоропластами, содержащими хлорофилл. Это обеспечивает фототрофный режим питания. При отсутствии солнечного света эвглена зеленая питается гетеротрофным способом. Данное свойство характеризуется признаками растения и животного, что является подтверждением эволюционного единства растительного и животного мира.

Одноклеточные растения и грибы

В природе можно встретить не только одноклеточных животных, но и растения и грибы, которые состоят из одной клетки. К примеру, представителями одноклеточных организмов среди зеленых водорослей является хламидомонада и хлорелла, а среди грибов – дрожжи.

К типичным эукариотическим клеткам относятся одноклеточные растения и животные, которые обладают соответствующими органеллами в виде поверхностной мембраны, ядра, митохондрий, аппарата Гольджи, эндоплазматической сети, рибосом.

По причине разных способов питания строение одноклеточных растений и животных отличается. Растительные клетки питаются путем фотосинтеза, так как обладают пластидами, вакуолями, клеточной стенкой и другими характерными особенностями.

Животные клетки включают в состав гликокаликс, пищеварительные вакуоли и другие особенности, которые связаны с гетеротрофным режимом питания. Клетки грибов обладают клеточными стенками, что соотносит их с бактериями и растениями. Однако грибы – гетеротрофы. Данное обстоятельство роднит их с животными.

Размножение одноклеточных эукариот происходит преимущественно бесполым методом. Некоторые из таких организмов, включая инфузорию-туфельку, размножаются половым путем с помощью обмена генетической информацией. Для других организмов таких, как хламидомонады, характерно половое размножение.

При бесполом размножении клетка делится на две частью путем митоза. В случае полового размножения наблюдается образование гамет, которые в дальнейшем соединяются и формируют зиготы.

Простейшие паразиты

К простейшим паразитам относят паразитов растений, животных и людей. К примеру, малярийный плазмодий проникает в эритроциты человека, разрушая их, что в последствии приводит к развитию тяжелого заболевания под названием малярия. Дизентерийная амеба паразитирует в клетках, из которых состоят стенки толстой кишки человека. Эти организмы являются причиной тяжелых кишечных заболеваний.

Жгутиковые трипаносомы и лейшмании, которые относятся преимущественно к тропическим видам, способны вызывать сонную болезнь и лейшманиозы. Для большинства паразитических простейших характерен сложный жизненный цикл.

К примеру, малярийный плазмодий развивается за счет двух хозяев: человека и малярийного комара, которые взаимно заражают друг друга. Таким образом, обеспечивается существование этого паразитического организма в природе. В связи с этим, борьба с малярией во многом зависит от эффективного уничтожения малярийных комаров, которые являются единственными насекомыми, распространяющими данное заболевание.

В качестве профилактических мер, направленных на предотвращение заражения паразитическими одноклеточными эукариотами, разработаны гигиенические правила, способы термической обработки пищи, проведения мероприятий по прерыванию жизненного цикла паразита на определенной стадии его развития.

Значение одноклеточных микроорганизмов

Жизнь началась с формирования простейших одноклеточных организмов. Наиболее древними являются прокариоты. Начало их существования связано с возникновением условий, пригодных для жизни на Земле. Данный процесс начался около 3,5 млрд лет назад.

Скорее всего, прокариоты являлись одноклеточными существами, которые обладали сходствами с современными бактериями, к примеру, клостридиями. Данные организмы живут за счет брожения и использования обогащенных энергией соединений органического происхождения, которые образуются абигенно в результате электрических разрядов и ультрафиолетового излучения.

Прокариоты не нуждались в кислороде для жизнедеятельности, но производили его. Огромный шаг на пути к эволюции жизни был определен увеличением содержания кислорода в атмосфере и формированием ключевых биохимических обменных процессов. К ним относятся фотосинтез и дыхание. В результате образовалась клеточная организация с ядерным аппаратом в виде эукариот.

Данные первобытные организмы передали потомкам следующие черты:

• общее строение в форме клетки, окруженной оболочкой;
• способ хранения генетического кода, как закрученная двойной спиралью молекула ДНК;
• способ хранения энергии в молекулах АТФ.

От эукариот произошло несколько основных групп одноклеточных организмов, которые существуют и в настоящее время. Вначале было деление на бактерии и археи, а впоследствии от архей образовались эукариоты с клетками, которые обладают одним ядром.

В период протерозойской эры биосфера существенно увеличилась в толщине по сравнению с археем. Растительное царство состояло преимущественно из сине-зеленых водорослей, а животное царство не отличалось обилием. Самой многочисленной группой в те времена являлись бактерии, принимающие активное участие в разложении, окислении и аккумуляции соединений неорганического происхождения.

При постепенном повышении концентрации кислорода в толще атмосферы и гидросферы стали появляться многоклеточные организмы. Отказ от брожения в пользу кислородного дыхания позволил существенно сэкономить энергию и усилить обменные реакции.

По мере эволюции биосферы ее структура усложнялась, сформировались новые многоклеточные организмы, прогрессивно развивались разнообразные растительные и животные группы.

Роль одноклеточных можно рассмотреть на следующих примерах:

1. Одноклеточные эукариоты играют огромную роль в природе и жизни человека. Они входят в состав сетей и цепочек пищи. От этих организмов зависят процессы образования почв. Некоторые из эукариот после отмирания преобразуются в известковые и силициевые породы, из которых состоит земная кора.
2. Люди активно используют одноклеточные грибы в процессе хозяйственной деятельности. К примеру, существуют особые штаммы дрожжей, для которых характерно повышенное выделение углекислоты, используемые в приготовлении хлеба и другой выпечки для поднятия теста. Дрожжи также незаменимы в производстве таких товаров, как лимонная кислота и кисломолочная продукция.
3. Простейшие организмы составляют рацион питания для более крупных беспозвоночных.
4. Останки таких организмов, как амебы, фораминиферы, радиолярии, в виде внешних и внутренних скелетов формируют морские осадочные породы в течение сотен тысяч лет. Данный виды материала, включая ракушечник, люди научились применять в строительстве.
5. Паразитические простейшие в большинстве своем вызывают заболевания у человека, животных и растений, которые тяжело протекают. К ним относят лямблиоз, дизентерию, лейшманиоз, сонную болезнь, а также разные типы бактериоз у растений.