Dołącz do czytelników
Brak wyników

Laboratorium

14 stycznia 2020

NR 37 (Styczeń 2020)

Wirczyk– spotkanie z mikroświatem

278

Muszę się przyznać Szanownemu Czytelnikowi, że poza innymi sprawami od dziecka fascynował mnie mikroświat. Myśl, że w kropli wody z kałuży mogą znajdować się tysiące niewidocznych gołym okiem stworzeń była czymś, co w ­wielkim ­stopniu pobudzało moją wyobraźnię. Mam prawo sądzić, że stało się to jednym z czynników, które po latach spowodowały, że obrałem w swoim życiu ścieżkę naukowca-przyrodnika. 
W owej kropli możemy spotkać wiele różnych organizmów, zarówno jedno-, jak i wielokomórkowych. Do tych pierwszych należą orzęski (Ciliata), a jednym z najszerzej chyba znanych ich przedstawicieli są pantofelki (Paramecium), np. pantofelek ogoniasty (Paramecium caudatum). Innym ciekawym reprezentantem tego rodzaju jest Paramecium bursaria, w którego komórkach o długości 80–150 μm żyją zielenice (Chlorophyta) z rodzaju Chlorella (tzw. zoochlorelle), co jest przykładem endosymbiozy [1]. Pantofelka tego widzimy na fotografii 1. Podobne obserwacje można prowadzić przy pomocy uproszczonego mikroskopu z kamery internetowej, którego budowę opisałem w jednym z poprzednich numerów „Biologii w Szkole” [2]. Zielone ziarniste struktury widoczne wewnątrz są właśnie zoochlorellami.
Innym, nieco mniej znanym, przedstawicielem orzęsków jest wirczyk (­Vorticella). Był on jednym z pierwszych mieszkańców tego pięknego świata wewnątrz kropli wody, którego mogłem poznać, spoglądając przez mikroskop. Z tego powodu – może także i nostalgia ma tutaj swój udział – chciałbym opowiedzieć dziś nieco o interesującej grupie stworzeń, jaką są orzęski i nieco dokładniej przyjrzeć się właśnie wirczykowi.

POLECAMY

Orzęski

Orzęski – do których, jak już wspomniałem, należy także bohater niniejszego opracowania – dawniej były nazywane wymoczkami. Wchodzą one w skład królestwa Protista i są tradycyjnie zaliczane do tzw. protistów zwierzęcych. Mikroorganizmy te biorą swą nazwę od faktu posiadania dużej liczby charakterystycznych organelli, czyli rzęsek. Są one ułożone wzdłuż komórki orzęska w charakterystyczne szeregi. Białkowo-lipidowa błona komórkowa otaczająca cytoplazmę orzęska jest nazywana pellikulą i ma bardzo złożoną budowę. W związku z tym wodniczki pokarmowe nie mogą się tworzyć ani opróżniać w dowolnym miejscu komórki. Efektem jest to, że orzęski mają wyróżnione obszary błony komórkowej, gdzie nie występują rzęski i funkcjonalnie pełnią one rolę komórkowego otworu gębowego i otworu wydalniczego. Mikroorganizmy te są wysoko uorganizowane – wiele z nich ma wyróżniony przód i tył ciała, a także strony brzuszną i grzbietową.
Rzęski pełnią zwykle dwojaką rolę: lokomocyjną i służącą napędzaniu pokarmu. Zdarza się też, że ciasno ułożone rzęski tworzą pęczki, na których komórki mogą wręcz wykonywać ruchy kroczące. Tak dzieje się w przypadku małżynka (Stylonychia).
Orzęski należą oczywiście do domeny jądrowych Eukaryota, więc w ich budowie możemy wyróżnić poszczególne organelle, takie jak siateczka endoplazmatyczna gładka i szorstka, aparat Golgiego, mitochondria i inne. Co ciekawe, zamiast pojedynczego jądra komórkowego u orzęsków występuje zwykle tzw. aparat jądrowy zbudowany z dwóch jąder o różniącej się funkcji: mikronukleusa i makronukleusa. Pierwsze z nich jest jądrem diploidalnym, często o kształcie kulistym (nie jest to jednak żelazną regułą). Pod względem budowy mikronukleus – nazywany też jądrem generatywnym – jest odpowiednikiem jądra komórkowego występującego u innych przedstawicieli Eukaryota i zawiera całość informacji genetycznej komórki. Co ciekawe, nie zachodzi w nim jednak transkrypcja. Jako jądro wegetatywne czynny transkrypcyjnie jest natomiast makronukleus, który zawiera w sobie wiele kopii (czasem nawet kilkadziesiąt do kilkuset razy więcej materiału genetycznego niż mikronukleus) wybranych genów orzęska [3].

Fot. 1. Pantofelek (Paramecium bursaria); strzałka wskazuje orzęska, pozostałe obiekty widoczne na zdjęciu są komórkami glonów


Jeśli chodzi o zapewnienie ciągłości gatunku, to orzęski rozmnażają się wyłącznie bezpłciowo, najczęściej przez poprzeczny podział komórkowy. Ze względu na obecność aparatu jądrowego zamiast pojedynczego jądra komórkowego proces podziału ma charakterystyczny ­przebieg: mikronukleus ulega mitozie, makronukleus natomiast przewęża się i jest dzielony – mniej więcej po równo – pomiędzy komórki potomne. Rozmnażanie bezpłciowe nie zapewnia rekombinacji genetycznej, tj. organizm potomny poza przypadkami mutacji otrzymuje zestaw genów identyczny z organizmem rodzicielskim. Ten typ rozmnażania umożliwia co prawda szybkie zasiedlenie wolnej niszy ekologicznej, ale ma też pewną znaczącą wadę: w przypadku niewielkiej podatności genotypu na mutacje nie zapewnia odpowiedniej zmienności. Organizmy rozmnażające się w ten sposób są więc gorzej przystosowane do zmieniających się warunków środowiska. Orzęski (podobnie jak inne grupy mikroorganizmów) znalazły jednak pewne rozwiązanie. Występuje u nich proces nazywany koniugacją, polegający na wymianie materiału genetycznego między osobnikami. Brak tu jednak rozróżnienia między osobnikami męskimi i żeńskimi. Zjawisko to ma u orzęsków dosyć skomplikowany przebieg i w uproszczeniu wygląda następująco:

  1. Dwa osobniki tego samego ga­­­­tunku spotykają się, po czym do­­­chodzi do częściowego zlania się cytoplazm.
  2. Oba mikronukleusy ulegają mejozie, po czym w każdej komórce trzy z czterech nowo powstałych haploidalnych jąder potomnych ulegają degeneracji.
  3. Powstałe na poprzednim etapie haploidalne jądra ulegają mitozie.
  4. Każda komórka przekazuje drugiej jedno ze świeżo powstałych jąder.
  5. W obu komórkach następuje zlanie się jąder (zapłodnienie) i powstają diploidalne mikronukleusy.
  6. Komórki orzęsków się rozdzielają.
  7. W każdym z nich zachodzi kolejna mitoza mikronukleusa i degeneracja makronukleusa.
  8. W każdej komórce jedno z jąder powstałych na drodze mitozy ulega przekształceniu w makronukleus. Podczas tego procesu wybrane geny są wielokrotnie kopiowane z mikronukleusa na makronukleusa [4].

Przedstawiony proces nie jest formą rozmnażania, ponieważ nie powstają nowe osobniki. Zapewnia on jednak powstanie wystarczającej zmienności genetycznej, aby orzęski doskonale radziły sobie w zróżnicowanych środowiskach.

Fot. 2. Wirczyk (Vorticella)

 

Rys. 1. Budowa komórki wirczyka, schemat na podstawie [5]

O wirczyku

Komórki mikroorganizmów z rodzaju wirczyków (Vorticella) mają bardzo charakterystyczny kształt i trudno jest pomylić je z czymkolwiek innym. Są one podobne w formie do odwróconego dzwonu przytwierdzonego do podłoża długą nóżką. Osiągają rozmiary 50–200 μm bez nóżki, której długość może natomiast przekraczać 500 μm. Wirczyki występują powszechnie w wodach słodkich i słonych. Jednym z częściej spotykanych gatunków jest wirczyk konwaliowaty (Vorticella convallaria). Nasz bohater pod mikroskopem prezentuje się zwykle jak na fotografii 2.
Szczegóły budowy wewnętrznej komórki omawianego mikroorganizmu objaśnia najlepiej schemat przedstawiony na rysunku 1.
Jak na orzęska przystało, wirczyk ma dwa jądra komórkowe: makronukleus i mikronukleus. Nie ma za to ściany komórkowej – jego ciało otacza wyłącznie błona komórkowa o skomplikowanej budowie zwana pellikulą, pod którą są rozmieszczone liczne pęcherzyki, czyli alweole. Rzęski występują tylko na powierzchni rozszerzonego końca komórki, na biegunie przeciwnym do nasady nóżki. Ciałka podstawowe rzęsek (kinet...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy