Глава II. Аквариумные животные: биологические особенности и использование в учебном процессе

Простейшие

Название типа в наше время можно считать условным. Возможности современной увеличительной техники позволили установить, что и по строению, и по своим физиологическим отправлениям простейшие не так уж просты. При сравнении клетки человека и простейшего видны одни и те же органоиды.

Самые характерные признаки животных этого типа - их одноклеточность и микроскопичность. Морфологическое многообразие также свойственная им черта. Есть виды, напоминающие бесформенные комочки, кляксы (амебы), а есть виды, отличающиеся геометрически правильной структурой (лучевики). Анатомически простейшие похожи на клетки многоклеточных организмов, но физиологически это самостоятельные организмы, активно взаимодействующие с окружающей средой. В процессе длительной эволюции они хорошо приспособились к ней, благодаря чему смогли дожить до наших дней, выдерживая постоянную конкуренцию в борьбе за существование с организмами других типов.

Среди приспособительных признаков простейших к среде обитания прежде всего можно выделить следующие:

1) микроскопические размеры (служат добычей только самым мелким животным);

2) быстрота размножения (при благоприятных условиях у некоторых видов деление происходит через каждые 8 - 10 ч);

3) способность большинства из них образовывать цисту также микроскопических размеров, что обеспечивает быстрое и легкое расселение и переживание неблагоприятных условий.

Жизнь простейших, как и всех живых организмов, невозможна без постоянного обмена веществ с окружающей средой. Обмен веществ осуществляется специфическими органоидами. Некоторые из них можно рассмотреть на соответствующих уроках. Например, при изучении класса ресничных, или инфузорий, в качестве демонстрационного материала может быть представлена инфузория-туфелька с окрашенными пищеварительными вакуолями.

Для окраски используют краску конго-рот, акварельный кармин или мелко растертый древесный уголь. Красящее вещество добавляют в каплю настоя с инфузориями на предметном стекле и размешивают. Препарат закрывают покровным стеклом и рассматривают под микроскопом. Через несколько минут хорошо будут видны образующиеся пищеварительные вакуоли, в которые вместе с пищевыми частицами попало красящее вещество. Из пищеварительных вакуолей в цитоплазму проникают питательные вещества и вода.

Жидкие продукты обмена веществ выделяются в окружающую среду через сократительные вакуоли. Эти образования нельзя сравнивать с органами выделения высших животных. Такие своеобразные "насосы", служащие для удаления избытка воды, свойственны только простейшим, в основном пресноводным. Цитоплазма простейших, живущих в пресной воде, имеет более высокую концентрацию солей, чем окружающая среда, и вода проникает внутрь животного путем осмоса. Многие морские простейшие не имеют сократительных вакуолей, потому что концентрация солей в морской воде и в их цитоплазме примерно одинакова. Закон осмоса не действует в данном случае. Избытка воды в клетке не образуется, необходимости в сократительных вакуолях нет.

На уроках по теме "Тип простейшие" можно наблюдать у амебы обыкновенной и инфузории-туфельки выбрасывание излишков воды, сократительные вакуоли и их деятельность и способы передвижения различных простейших. Подвижность этих животных обеспечивается биением микроскопических волосков - ресничек, жгутиков или медленным течением массы цитоплазмы (амебоидное движение).

У инфузорий-туфелек биение ресничек происходит в косом направлении, заставляя животное одновременно с поступательным движением вращаться вокруг продольной оси. Под микроскопом характер движения туфелек искажается, движение убыстряется. Чтобы представить, как на самом деле движутся инфузории, учащимся предлагается посмотреть на черном фоне пробирку с сенным настоем: инфузории движутся медленно и плавно.

28. Сомик

У представителей класса жгутиковых (эвглена зеленая-урок "Класс жгутиковые") передвижение с помощью жгутика трудно рассмотреть на уроке. Учащиеся из рассказа учителя знают, что жгутик - это вырост цитоплазмы. Он ввинчивается в воду, увлекая за собой животное, которое при этом не только движется вперед, но и вращается вокруг своей продольной оси. На уроке можно рассмотреть жгутик. Для этого нужно к препарату с эвгленой добавить каплю иодной настойки.

Механизм амебоидного способа передвижения еще недостаточно изучен. Известно, что движется не вся цитоплазма, а только центральная ее часть, более жидкая. Более плотный слой цитоплазмы находится у поверхности клетки, ко отсутствует на конце ложноножки (псевдоподии). Плотный слой способен сокращаться, выжимать в ложноножку более жидкую часть цитоплазмы. Особенно хорошо виден такой способ передвижения у амебы лимакс.

На уроке можно наблюдать ответные реакции простейших на раздражение окружающей среды. Если у высших животных на раздражения отвечают какие-то специализированные клетки, то здесь реагирует вся клетка, т. е. весь организм. Наиболее показателен опыт с выбрасыванием трихоцист у инфузорий. Трихоцисты - длинные нити, выбрасываемые из цитоплазмы. Они помогают удерживать добычу, умерщвляют ее или имеют защитное значение. Трихоцисты вносят в ранку жертвы ядовитое вещество.

Для получения препарата с трихоцистами к препарату с инфузориями добавляют с одного края покровного стекла каплю уксуса, а с другого края при помощи кусочка промокательной бумаги, впитывающей настой, подтягивают уксус к центру препарата. При соприкосновении с химическим раздражителем инфузории выбрасывают трихоцисты.

При более длительных наблюдениях во внеклассной работе можно наблюдать размножение простейших. Обычно оно происходит путем деления. Инфузории-туфельке свойственно своеобразное половое размножение - конъюгация. Этот способ размножения наступает, как правило, при неблагоприятных условиях. Механизм его наблюдать в условиях школы невозможно.

Конъюгация - это еще не та форма полового размножения, когда две половые клетки сливаются в одну, а только процесс, при котором две инфузории обмениваются частями своих ядер. Конъюгация туфельки - прообраз оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом, что характерно для более высокоорганизованных организмов. Уже на уровне одноклеточного организма половое размножение ведет к обновлению, в дальнейшем оно становится основой новой комбинации генов. Уже на уровне простейших были заложены возможности эволюции, формирование многообразия животного мира. При изучении курса общей биологии в теме "Развитие органического мира" пример с конъюгацией у инфузорий можно использовать для иллюстрации понятия об ароморфозах, при которых повышается жизнедеятельность организмов и расширяются возможности перехода в новую среду обитания.

При изучении простейших в курсе зоологии большое значение приобретает использование их в качестве раздаточного материала, что способствует развитию правильных представлений о форме, способах передвижения, строении этих удивительных животных. Очень важно показать учащимся эвглену зеленую. Этот организм стоит на грани растительного и животного миров. Эвглене свойственны одновременно автотрофный и гетеротрофный способы питания. Предполагают, что жгутиковые ближе всего стоят к общему стволу предков растительных и животных организмов, остальные классы произошли от древних жгутиковых. Это доказывает наличие жгутиков у гамет некоторых саркодовых (корненожек). У инфузорий - самой сложной группы простейших - реснички по строению напоминают жгутики.

Знакомясь с характерными особенностями эвглены зеленой, сочетающей в себе признаки растительного и животного организма, учащиеся приходят к выводу, что растения и животные связаны между собой общим происхождением. В такой трактовке учебного материала об эвглене зеленой заложены большие воспитательные возможности атеистического плана.

При рассмотрении эвглены зеленой пользуются гигроскопической ватой. Прежде всего на предметное стекло накладывают несколько ее волокон, для того чтобы они ограничили движение эвглен. Потом на волокна наносят пипеткой каплю настоя с эвгленами и закрывают покровным стеклом. Препарат рассматривают при малом увеличении, затем при большом. На переднем конце тела эвглены хорошо видна вакуоль округлой формы и рядом с ней светочувствительный "глазок". В цитоплазме заметны мелкие хлоропласты и более крупные темной окраски, с запасом питательных веществ. Ядро, как правило, просматривается с трудом.

Наличие хлоропластов указывает на признаки растительного организма, а признаки животного организма (гетеротрофность) можно определить во внеклассной работе. Банку с эвгленами помещают в темноту и добавляют в нее готовые органические вещества (несколько капель картофельного отвара). Через месяц рассматривают светлоокрашенных эвглен (хлорофилл в темноте разрушился). Как правило, все эвглены выживают.

Амеба протеус - крупный объект, в 1,5 раза больше эвглены зеленой. На предметном стекле ее легко раздавить покровным стеклом. Для того чтобы этого не случилось, на покровном стекле делают специальные ножки - на уголки очень осторожно наносят маленькие кусочки размягченного пластилина или воска. Рассматривают амеб под малым увеличением. При этом хорошо видны зернистая цитоплазма, находящаяся в постоянном движении, ложноножки и сократительная вакуоль. Увидеть ядро удается редко.

Инфузорий-туфелек учащиеся получают в пробирках и рассматривают их невооруженным глазом. Инфузории лучше видны на черном фоне (используется черная бумага). Рассмотрение инфузории-туфельки невооруженным глазом создает реальные представления о ее размерах. Для детального изучения инфузории-туфельки учащиеся самостоятельно готовят препарат. На предметное стекло накладывают несколько волокон гигроскопической ваты с учетом того, чтобы из них образовались камеры, сковывающие движения туфелек. На волокна наносят пипеткой каплю настоя из верхнего слоя, где наибольшее скопление инфузорий, и закрывают покровным стеклом. Рассматривать туфелек лучше под малым увеличением, так как из-за их длины (около 0,2 мм) под большим увеличением не удается увидеть объект полностью.

В наиболее просторных камерах можно видеть поступательное движение туфельки. При этом учащиеся наблюдают вращение животного вокруг своей оси, как бы вбуравливающегося в воду. При внимательном рассмотрении можно видеть в середине тела туфельки ротовую впадину и на концах тела сократительные вакуоли, которые лучше видны при большом увеличении.

На уроке при изучении инфузории-туфельки учащиеся могут провести интересное наблюдение за хемотаксисом у инфузорий. Для этого учащиеся наносят на предметное стекло каплю настоя с инфузориями, рядом - каплю чистой воды и соединяют водяным мостиком вторую каплю с первой. У края капли с инфузориями помещают кристаллик поваренной соли. Через лупу учащиеся наблюдают, как все инфузории переплывают в каплю с чистой водой. Это простое наблюдение способствует развитию важнейшего биологического понятия о раздражимости живых организмов.

В массовых культурах могут оказаться различные простейшие, интересные по своим биологическим особенностям. Демонстрация их на уроках или во внеклассной работе способствует развитию общебиологического понятия о многообразии органического мира.

Инфузории. Трубач - одна из крупных инфузорий. Его длина достигает 1 мм. В отличие от всех других инфузорий, отличающихся, как правило, бесцветностью, трубач окрашен в зеленый или сине-голубой цвет. При плавании его форма тела бочонкообразная или грушевидная. При прикреплении к какому-либо предмету трубач изменяет форму и.становится похожим на трубу. На переднем конце тела хорошо заметка ротовая воронка с пред-ротовыми ресничками.

Спиростомум можно рассмотреть невооруженным глазом. Его размер иногда достигает 2 мм. Тело червеобразной формы, сероватой окраски. Под малым увеличением микроскопа хорошо видны предротовые реснички и ротовое отверстие, расположенное в средней части тела. На заднем конце хорошо видна сократительная вакуоль, занимающая ¹/₄ тела.

Бурсария также относится к крупным инфузориям. Размер ее до 1 мм. Тело бочкообразной формы и бесцветно. Под микроскопом хорошо видны лентовидное ядро и темные пищеварительные вакуоли. На переднем конце ясно различимы предротовые реснички и рот.

Стилонихия мельче других инфузорий - в среднем 200 мкм. Узнать ее можно по ресничкам-щетинкам, при помощи которых стилонихия передвигается, опираясь на грунт. Особенно хорошо видны 3 - 4 щетинки на заднем конце ее тела.

Жгутиковые. Одиночные жгутиковые очень мелки. Размеры их от 50 до 10 мкм. Узнать их можно при малом увеличении микроскопа по овальной и веретеновидной форме тела и характерному для них способу передвижения - покачивание из стороны в сторону. В массовых культурах наиболее часто встречается эвглена акус, эвглена оксиурис.

Корненожки. Амеба лимакс имеет диаметр примерно 100 - 200 мкм. Интересна тем, что по сравнению с другими амебами очень активна в движении. Под малым увеличением микроскопа видно, как амеба лимакс выпускает в одну сторону прозрачную широкую ложноножку, переливается в нее и опять выпускает ложноножку. Амеба лимакс, как и амеба протеус, относится к голым амебам.

В массовых культурах простейших можно встретить раковинных корненожек.

Арцелла. Раковина у арцеллы округлая, в диаметре 100-200 мкм с отверстием для выхода ложноножки. Окраска арцелл может варьировать от светло-желтой до желтой или даже бурой.

Диффлюгия. Размер от 100 до 400 мкм. Форма тела овальная или грушевидная. Раковина построена из мельчайших песчинок.

Из всех водных животных простейшие наиболее доступны для разведения и содержания в живом уголке. Их можно получить в любое время года, в любом количестве и в условиях любой школы.

В воде аквариумов всегда присутствуют простейшие разных видов, но там, где содержат моллюсков, членистоногих, средних и крупных рыб, их больше. В аквариуме с мальками рыб или рыбами с особым фильтрующим устройством в жаберном аппарате (например, рыбки из бассейна Амазонки - нанностомусы) их значительно меньше.

Известно также несколько несложных по своей методике способов получения массовых культур простейших, на основе которых можно получить чистые культуры.

При разведении простейших необходимо соблюдать следующие правила: 1) использовать воду естественных водоемов, в крайнем случае отстоянную из водопровода; 2) для гарантии получения культур закладывать их в 2 - 3 аквариума; 3) аквариумы закрывать сверху стеклом; 4) ставить их в теплое место при температуре 20 - 25 °С; 5) выдерживать культуры 2 - 3 недели.

Культуры простейших выращивают на разных субстратах.

1. Культура на придонном иле естественных водоемов. В конце августа - начале сентября в аквариум из водоемов - прудов, канав, больших луж, заводей рек - помещают небольшую порцию придонного ила и заливают водой из того же водоема. При зарядке аквариума удаляют всех видимых животных, даже таких мелких, как дафнии и циклопы. При удалении их используется марля, через которую процеживают раствор ила.

Культуру простейших можно получить и зимой, взяв ил через прорубленный лед недалеко от берега.

2. Культура на настое сена. Луговое сено (лучше 2 - 3-летней давности) или сенную труху заливают водой комнатной температуры из расчета 1 стакан трухи или нарезанного сена на 1 л воды.

3. Культура на настое навоза. Полежавший несколько дней на воздухе навоз заливают водой: на 1 часть навоза - 5 частей воды.

4. Культура на настое почвы. Хорошо удобренную огородную или садовую землю размешивают с небольшим количеством воды в течение 2 - 3 суток. Еще дней через 5 можно снимать простейших с поверхностной пленки настоя. В таком настое особенно много амеб.

5. Культура на настое банановых корок. 1 - 2 банановые корки (можно сухие) заливают 1 - 2 л воды.

Чистые культуры простейших также выращивают несколькими способами.

1. Культура инфузории-туфельки и эвглены зеленой. Измельченное луговое сено (для эвглены лучше из тимофеевки) небольшими порциями закладывают в химические колбочки и заливают водой. Колбочки закрывают ватными пробками и кипятят 15 - 20 мин. В тепле (20 - 25 °С) через 3 - 5 суток на поверхности отвара появляются пленки с бактерией сенной палочки. В такой отвар пипеткой, максимально соблюдая стерильность, переносят инфузорий-туфелек или эвглен зеленых из массовой культуры. Колбочки с чистой культурой следует оставить закрытыми. Через неделю в колбочках в массовом количестве разовьется чистая культура. Бактериальной пищи в отварах сена хватает простейшим от четырех недель до двух месяцев. По истечении этого времени в случае необходимости можно сделать пересев культуры в новый отвар сена. Перед посевом культуры обычно проверяют при помощи лакмусовой бумажки реакцию в колбочках. Если она окажется кислой, в колбочки добавляют по 2 - 3 капли 10-процентного раствора пищевой соды.

2.Культура инфузорий-туфелек на молочном растворе. В тщательно вымытой стеклянной банке приготавливают молочный раствор из расчета 5 - 10 капель снятого молока (со дна бутылки) на 100 см³ воды, хорошо размешивают его и разливают по пробиркам. После перенесения в пробирки с молочным раствором инфузорий-туфелек пробирки закрывают рыхлыми ватными пробками и оставляют в тепле на 5 - 7 суток.

3. Культура амебы протеус. В новые или очень хорошо вымытые чашки Петри помещают 5 сырых зернышек риса, заливают их кипяченой водой и помещают в теплое место. Дней через 5 в настой риса пересаживают амеб, найденных в массовых культурах. В настое риса амебы хорошо живут 3 - 4 недели. По истечении этого срока их нужно переселять в новый настой.