§ 24. Возникновение и характерные особенности протистов

Определения и обозначения

Протисты — преимущественно одноклеточные эукариотические организмы, которые не относят к животным, растениям или грибам. Среди них есть формы, похожие по отдельным признакам на разные группы, но протисты отличаются большим разнообразием строения и образа жизни. Поэтому их нельзя понимать только как одноклеточных «животных» или только как водоросли.

Эукариоты — организмы, клетки которых имеют оформленное ядро и мембранные органоиды. У бактерий, относящихся к прокариотам, оформленного ядра нет, а наследственный материал находится в клетке без ядерной оболочки. Это различие помогает понять, почему протисты по устройству клетки сложнее бактерий.

Эндосимбиоз — длительное совместное существование организмов, при котором один живёт внутри другого. Если такое соседство приносит пользу обоим участникам, оно может сохраняться очень долго. Гипотеза эндосимбиоза использует эту идею, чтобы объяснить происхождение некоторых органоидов эукариотической клетки.

Органоиды — постоянные структуры клетки, каждая из которых выполняет определённые функции. К ним относятся ядро и митохондрии, а у фотосинтезирующих протистов — также хлоропласты. Названия этих структур помогают связать устройство клетки с её работой: например, с хранением наследственной информации или использованием энергии света.

Как это устроено

До появления эукариот существовали более простые клетки прокариот, у которых не было оформленного ядра и мембранных органоидов. Появление оболочки вокруг наследственного материала отделило его от остальной части клетки, а внутренние мембранные структуры позволили клетке организовать разные процессы. Такое усложнение давало возможность эффективнее управлять работой клетки и выполнять в ней несколько задач.

Гипотеза эндосимбиоза объясняет происхождение митохондрий и хлоропластов, но не происхождение ядра. Согласно этой гипотезе, клетка древнего предка эукариот поглотила бактерию, однако та не была переварена и осталась внутри. Постепенно сосуществование стало взаимовыгодным: бактерия выполняла полезную работу, а клетка обеспечивала её веществами и защитой. Со временем внутренний партнёр утратил самостоятельность и превратился в органоид; так происхождение митохондрий связывают с бактериями, использовавшими кислород, а хлоропластов — с фотосинтезирующими бактериями.

Протисты различаются по способу питания, потому что их клетки устроены неодинаково. Фотосинтезирующие формы используют свет и имеют хлоропласты, тогда как другие получают готовые органические вещества из окружающей среды или захватывают пищу. Некоторые способны сочетать способы питания: например, использовать свет при подходящих условиях и поглощать готовые вещества, когда света недостаточно.

Одна клетка протиста может выполнять работу, которую у многоклеточных организмов разделяют разные клетки и органы. Она воспринимает изменения окружающей среды, двигается или перемещает пищу, получает необходимые вещества и размножается. Эти функции выполняются с помощью мембраны, цитоплазмы и органоидов, поэтому одноклеточность не означает, что организм устроен просто или не способен активно жить.

Протисты встречаются в воде, влажной почве и внутри других организмов: их образ жизни связан с тем, где есть вода и подходящие условия. Свободноживущие формы могут быть пищей для других обитателей водоёмов и участвовать в пищевых цепях. Паразитические протисты используют организм-хозяина и иногда вредят ему, вызывая заболевания. Значение группы для природы и человека поэтому зависит от того, как именно живёт конкретный вид.

Сравнение протистов с другими группами организмов

Сравнивайте организмы сразу по нескольким признакам: одного сходства недостаточно, чтобы определить группу. Наличие ядра отличает эукариот от бактерий, но не позволяет отделить протистов от растений, животных и грибов. Способы питания и число клеток тоже разнообразны, поэтому смотрите на них в комплексе.

Разбор задач

Задача 1. Ученик рассматривает клетку организма и видит ядро. Можно ли на этом основании назвать организм протистом? Чтобы ответить, нужно определить, что именно показывает наличие ядра, и проверить, достаточно ли этого признака для определения группы.

1. Ядро означает, что клетка относится к эукариотам, а не к прокариотам.
2. К эукариотам относятся не только протисты, но и растения, животные и грибы.
3. Значит, для определения группы нужны дополнительные признаки, например особенности строения и образа жизни.

Ответ: нет, одного ядра недостаточно, чтобы назвать организм протистом.

Задача 2. Амёба и одноклеточная водоросль состоят из одной клетки, но получают вещества разными способами. Объясните различие. Сначала сопоставим, есть ли у клеток структуры, связанные с фотосинтезом, затем свяжем это с источником пищи.

1. У одноклеточной водоросли есть хлоропласты, в которых происходит фотосинтез: для него нужны свет, вода и углекислый газ.
2. Амёба не получает пищу таким способом: она захватывает готовые органические вещества из окружающей среды.
3. Обе клетки принадлежат протистам, но их строение соответствует разным способам питания.

Ответ: водоросль обычно образует органические вещества при фотосинтезе, а амёба питается готовой органикой.

Задача 3. В клетке обнаружены органоиды, похожие на бактерии по некоторым признакам. Как гипотеза эндосимбиоза объясняет их происхождение и значение? Важно рассуждать отдельно о митохондриях и хлоропластах, не приписывая этой гипотезе происхождение ядра.

1. Предполагается, что древняя клетка поглотила бактерию, но не переварила её.
2. Бактерия продолжила жить внутри клетки и приносить ей пользу; со временем она стала зависимым органоидом.
3. Так объясняют происхождение митохондрий и хлоропластов, а не всех частей клетки. Появление таких органоидов расширило возможности эукариот: использовать кислород для получения энергии или выполнять фотосинтез.

Ответ: согласно гипотезе, митохондрии и хлоропласты произошли от древних бактерий, поселившихся внутри клеток-предков эукариот.

Типичные ошибки

• Неверно считать всех протистов одноклеточными: большинство действительно состоит из одной клетки, но встречаются формы с множеством ядер или многоклеточным строением. Такое упрощение возникает из-за частого знакомства с одноклеточными примерами. Проверяйте утверждение вопросом: сказано ли «все» или только «обычно»?

• Неверно отождествлять протистов с простейшими-животными: среди них есть и фотосинтезирующие организмы. Ошибка появляется, если помнить только амёбу или других питающихся готовой пищей представителей. Проверьте себя: есть ли у группы формы с хлоропластами и разными способами питания?

• Наличие ядра не означает, что организм — протист: ядро есть также у растений, животных и грибов. Этот вывод кажется убедительным, если запомнить ядро как главный признак эукариот и ошибочно принять его за признак одной группы. Разделяйте два вопроса: «эукариот ли это?» и «к какой группе он относится?»

• Эндосимбиозом нельзя объяснять происхождение всех частей клетки: гипотеза прежде всего касается митохондрий и пластид. Ошибка возникает, когда идею о бактерии внутри клетки распространяют на любые органоиды. Чтобы проверить себя, называйте конкретные структуры, происхождение которых объясняет эта гипотеза, и не включайте в этот список ядро.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, чем клетки прокариот отличаются от эукариот, и помнить функции ядра и основных органоидов. Позже эти знания помогут сравнивать клетки растений, животных и грибов, а также разбирать эволюцию эукариот и разнообразие организмов. С экологией тема связана через пищевые цепи водоёмов и отношения паразитов с организмами-хозяевами: протисты могут быть и участниками экосистем, и причиной заболеваний.

Что запомнить

• Протисты — разнообразная группа эукариот.
• У эукариот есть оформленное ядро.
• Среди протистов есть одноклеточные и более сложно устроенные формы.
• Протисты могут питаться разными способами.
• Митохондрии и хлоропласты имеют эволюционную связь с древними бактериями.
• Протисты обитают в воде, влажной почве и внутри других организмов.