Все знают, что классификация организмов на Земле осуществляется по определённым критериям. Есть чёткие признаки, по которым систематики отличают животных от растений. Сегодня мы остановимся более подробно на одном из главных отличительных признаков этих царств живых организмов нашей планеты.
Речь пойдёт о физиологической необходимости большинства растений (не паразитических их форм) иметь в составе клеток хлоропласты, которые принимают активное участие в процессе питания растений через фотосинтез. Именно хлоропласты и придают растениям зелёный цвет их вегетативных органов - побегов и листьев. Причём тут животные, рассмотрим подробнее в ходе изучения темы.
Не будем вдаваться в подробности. Только вспомним, что в хлоропластах содержится хлорофилл - вещество зелёного цвета. Его главная функция в жизни растений - участие в образовании органических веществ на свету из неорганических веществ, которые растения берут из почвы и воздуха. Таким образом осуществляется автотрофное питание, основанное на способности организма самостоятельно образовывать для себя органические вещества из неорганических.
Схема фотосинтеза (biolicey2vrn.ru)
Основная особенность животных организмов - потреблять уже готовые органические вещества, обеспечивая своё питание усвоением растительной или какой-либо животной пищи в разной форме её существования (живые организмы, или их мёртвые останки, или продукты их жизнедеятельности) - это гетеротрофное питание.
(theslide.ru)
Всем известно, что Природа - великий Конструктор и Комбинатор - каких только форм жизни она не произвела?! Среди этих форм есть и такие, где она постаралась проявить комбинацию свойств животных и растений. Взять, хотя бы, пример из школьной программы по биологии - эвглену зелёную, которую биологи отнесли к одноклеточным жгутиковым водорослям, хотя при определённых условиях она переходит на гетеротрофный путь питания, имея, как растения, характерные для них хлоропласты. То есть эвглена может питаться и как автотроф, и как гетеротроф. Такие организмы относят к миксотрофам.
Есть такие животные, которые стараются "приручить"растения, используя их хлоропласты для своего питания. Как они это делают, сейчас узнаем.
Некоторые животные встраивают в свои клетки или тело хлоропласты, поедая растения, включая их в симбиотические связи. Так делают, например, бескишечные турбеллярии вида Symsagittifera roscoffensis ( https://zelv.ru/interesnye-fakty/104868-10-udivitelnyh-primerov-simbioza-zhivotnyh-i-rasteniy.html). Эти бескишечные создания никогда не едят, хотя ротовое отверстие у них имеется: энергию и питательные вещества они получают от живущих в них водорослей Tetraselmis convolutae. Эти водоросли локализуются в клетках паренхимы
https://руни.рф/Паренхима
тела червей и придают им зелёную окраску. Вот как выглядят эти черви.
Это черви конволютида, или Symsagittifera roscoffensis из класса бескишечных турбеллярий (pikabu.ru)
Черви, не имеющие кишечника, поглощают водоросли в начале своей жизни, но так никогда их и не переваривают: крошечные растения просто селятся в безопасном для них месте - внутри червя, в их паренхимной ткани. В этом своём "жилище" водоросли спокойно плавают по океану. Взамен за приют водоросли обеспечивают турбеллярий энергией, которую аккумулируют в процессе фотосинтеза. Поэтому эти черви никогда не едят, а питательные вещества получают от водорослей, конечно, оставляя часть веществ и для жизнедеятельности самих водорослей.
Живут бескишечные турбеллярии в прибрежных водах, их можно видеть на песчаных пляжах, особенно во время отлива. Тогда черви выбираются на песчаную поверхность, и живущие в них водоросли, пользуясь возможностью, активно используют энергию солнца для процесса фотосинтеза. Когда начинается прилив, черви прячутся в песок. О питании им заботиться нечего, благодаря своим "квартирантам".
Распространены эти турбеллярии на всём атлантическом побережье Европы, от Уэльса до севера Испании и Португалии.
Так выглядит масса турбеллярий на песчаной поверхности прибрежной зоны моря (muz4in.net)
Используют симбиотические связи с одноклеточными водорослями зооксантеллами и самые большие в мире двустворчатые моллюски гигантские тридакны (Tridacna gigas), они достигают веса 200 кг и могут быть в поречном размере до 120см. Встречаются и более крупные экземпляры.
Гигантская тридакна (dzen.ru)
Тридакны обитают на мелководных коралловых рифах в южной части Тихого и Индийского океанов. Их становится всё меньше в природных условиях, эти моллюски требуют серьёзной охраны, чтоб не исчезнуть окончательно, хотя они могут доживать до 100 лет.
Зооксантеллы, которые селятся в мантии тридакны, представляют собой панцирных жгутиконосцев из типа динофлагеллят.
Некоторые представители различных динофлагеллят (ВКонтакте)
Динофлагеллаты, с которыми "дружит" гигантский моллюск, поселяются в столбах прозрачных клеток, так называемых атриумах, которые ориентированы на свет и проводят его в толщу мантии. Поэтому эти представители одноклеточных водорослей всегда имеют поток света для фотосинтеза и защиту в виде мощных створок своего покровителя. Тридакна же, используя атриумы, имеет ресурс расселить в своей мантии гораздо больше фотосинтезирующих водорослей, чем это было бы возможно на поверхности дна такой же площади.
Но самый главный союз этого животного и низших растений - водорослей заключается в их питании: часть питательных веществ, которые образуются в процессе фотосинтеза и выделяются симбионтами, сразу поступают прямо в кровь моллюска, а в обмен водоросли из крови "своего покровителя" получают углекислоту и аммоний, необходимые для участия в процессах пластического обмена водорослей.
Подобные водоросли являются симбионтом не только тридакн, но и близлежащих рифообразующих кораллов, которые являются представителями кишечнополостных. Пластиды различных водорослей придают кораллам особенности их окраски, которая привлекает взгляд своей яркостью.
Симбиоз кораллового полипа и одноклеточных водорослей (tvmaze.com)
Имеется пример симбиоза и высших животных с водорослями. Единственным на данный момент позвоночным, которое имеет симбиоз с водорослямиявляется пятнистая саламандра (Ambystoma maculatum). Интересно, что водоросли обнаружили в эмбрионах этих животных.
Пятнистая саламандра Ambystoma maculatum, обитает в Сев. Америке (YouTube)
Факт удачного сотрудничества водорослей и таких высокоорганизованных животных, как саламандры, очень удивил учёных и оказал влияние на подробное изучение этого феномена - обычно иммунная система высокоразвитых организмов отторгает такую симбиотическую взаимосвязь.
Что же выяснилось? Саламандра, как и полагается всем земноводным, откладывает свои яйца в воду. В прошлом веке учёные уже отметили тот факт, что в яйцах саламандры пятнистой обнаружены водоросли Oophila amblystomatis, которые, живя в соседстве с эмбрионами земноводного, снабжают их кислородом - все помнят, что он выделяется в процессе фотосинтеза.
Необходимость в симбиозе с водорослями возникла потому, что яйца саламандры окружены, как чехлом, плотной желатиновой матрицей, которая защищает их от возможного пересыхания, но одновременно препятствует свободной диффузии кислорода, необходимого для развития зародыша. Кладка яиц пятнистой саламандры может иметь две формы, которые отличаются особенностями защитной массы, обволакивающей яйца снаружи.
Полиморфные массы яиц пятнистой саламандры: белая форма (слева) и прозрачная форма (справа) (фото из Википедии)
Развивающиеся зародыши используют кислород, как продукт фотосинтеза водорослей, живущих в яйцах саламандр. Взамен водоросли получают для своего питания продукты метаболизма эмбрионов - углекислый газ и азотсодержащие вещества. Было замечено, что зародыши, в которых наблюдается большее содержание водорослей, имели больше шансов выжить и быстрее развивались.
Позднее одноклеточные водоросли были обнаружены и в яйцеводах самок, откуда они, естественно, попадают внутрь зародышей. Поэтому водоросли находятся не только в оболочках яиц, но и в самих эмбрионах. Находясь в клетках эмбрионов, водоросли снабжают их не только кислородом, но ещё и глюкозой - источником энергии для всех живых организмов.
Но дальше всех в вопросе симбиоза с растениями пошла восточная изумрудная элизия (Elysia chlorotica).
Восточная изумрудная элизия (twizz.ru)
Elysia chlorotica - это вид небольших морских брюхоногих моллюсков из семейства Plakobranchidae. Если все вышеперечисленные животные были в симбиотических связях с живыми водорослями, то восточная изумрудная элизия пошла другим путём - она стала первым известным животным, которое получило возможность самостоятельно осуществлять процесс фотосинтеза, не используя симбиотические водоросли.
Как это возможно? В 1970 году было установлено, что этот зелёный морской слизень, так ещё называют элизию, "крадёт" хлоропласты у водорослей Vaucheria litorea и встраивает их в свой организм. Морские зелёные слизни имеют большие боковые выросты, напоминающие мантию, которая может сворачиваться, окружая их тело. В длину эти моллюски могут достигать 6 см, но средний их размер составляет всего 2-3 см.
(YouTube)
Итоги исследований этого уникального процесса стали появляться в информационном поле только в начале 21 века.
Vaucheria litorea - разновидность жёлто-зеленых нитевидных водорослей, которые являются распространенным приливным видом прибрежных солоноватых вод.
Чтоб стать обладателем хлоропластов, моллюск высасывает содержимое клеток водорослей. Всё содержимое пищи, поступая в кишечник, переваривается, кроме хлоропластов. Они остаются нетронутыми и встраиваются в клетки кишечника, продолжая выполнять свои функции.
Хлоропласты начинают накапливаться в теле слизня, как только он превращается во взрослую особь, заканчивая метаморфозы личинки и начиная питаться водорослями. Достаточное накопление хлоропластов в теле приводит к тому, что моллюск переходит на растительный способ питания, используя солнечную энергию. Понятно, что все взрослые особи имеют ярко-зелёную окраску. Иногда встречаются особи красноватых или сероватых оттенков, что, скорее всего, зависит от количества хлорофилла в тканях моллюска. Молодые особи, которые находятся в начальной стадии накопления хлоропластов, имеют коричневую с красными пятнами окраску тела.
Такие хлоропласты, которые поступили из растений и "работают" в теле животного, назвали клептопластидами (клептопластами). А само такое явление в жизни организмов назвали клептопластией.
(showslide.ru)
Не все моменты в этом явлении ещё выяснены. Многое предстоит ещё изучить и понять. Так например, выяснили, что ДНК хлоропластов кодирует только 10 % необходимых им белков, сам геном моллюска кодирует лишь некоторые белки, необходимые хлоропластам для фотосинтеза. В геноме моллюска учёные обнаружили ген, который гомологичен ядерному гену водорослей psbO, он кодирует белок, необходимый для одной из стадий фотосинтеза. Как утверждает Википедия, пока "точный механизм сохранения жизнеспособности клептопластов этими моллюсками, а также функции этой адаптации остаются неизвестными".
Интересен также момент возможности питания элизии при долгом отсутствии света. Изучение этого состояния показало, что выживание моллюсков в условиях отсутствия пищи не зависит от наличия света, необходимого для автотрофного питания.
Хлоропласты продолжают жить и работать на свету в теле слизня ещё 9-10 месяцев после своего поступления внутрь с пищей, по сроку - это даже больше, чем в клетках водорослей в их естественной среде. Жизненный цикл Elysia chlorotica тоже длится 9-10 месяцев, и все взрослые особи погибают ежегодно и синхронно после откладывания яиц. Учёные установили, что этот «феномен запрограммированной смерти" обусловлен деятельностью живущего в клетках моллюска вируса (Википедия). Таким образом, очевидно, что срок службы хлоропластов в теле слизня совпадает со сроком его жизни.
Клептопластиды обнаружены и у ближайших родственников Elysia chlorotica, у видов Plakobranchus ocellatus и Elysia timida.
Plakobranchus ocellatus (commons.wikimedia.org)
Elysia timida (sciencenews.org)
Вот такие они - известные первые животные-растения!
Благодарю всех, кто дочитал эту статью до конца, оценил труд, поставив "класс", поделившись информацией, или подписался.
Нет комментариев