Az állati egysejtûek általános jellemzése

Átírás

1 Az állati egysejtûek általános jellemzése Az eukarióta egysejtûek biológiáját egységes tudományág, a protisztológia, más néven eukariotikus mikrobiológia kutatja. Ezen belül az állati egysejtûek kutatásával a protozoológia foglalkozik. Ez saját módszerein (gyûjtés, tenyésztés stb.) kívül fôleg a sejtbiológia, ezen belül pedig újabban a molekuláris sejtbiológiának a biokémiára, molekuláris biológiára és immunológiára támaszkodó eszközeivel dolgozik. Az egysejtûek anatómiájának megismeréséhez nélkülözhetetlenek a mikroszkópi és szubmikroszkópi szerkezetkutatási módszerek (pl. elektronmikroszkópia). Az állati egysejtûek (protozoonok) többnyire szabad szemmel nem, vagy csak nehezen látható mikroszkopikus testnagyságú szervezetek. Átlagos átmérôjük µm. A ma élô legnagyobb termetû egysejtû egy 5 6 cm test átmérôjû likacsosházú, a Psammonyx vulcanicus (Foraminife ra). A nyálkagombák (Mycetozoa) korábban tévesen a gombák közé sorolt törzsébe sok nagy testû plasmodialis amö boid faj tartozik. A plasmodium úgy jön létre, hogy ugyanazon cito plazmában a magok többszörösen osztódnak anélkül, hogy sejtosztódás követné a mitózisokat. Ennek következté ben egy sejttestben (citoplazmában) akár több százezer sejt mag is je len lehet. A Physarum polycephalum plasmodialis nyálka gom ba, egyetlen, az aljzaton mozgó, maximum 1 mm vastagságú egyede (sejtje, plasmodiuma) befedhet több négyzetméternyi területet is (HAUSMANN és HÜLSMANN könyve pl. 5,54 m2-rõl tesz említést). Az állati egysejtûek felépítésére jellemzôek az eukarióta sejt szervezôdésének általános elvei (5/B. ábra). Egy vagy több sejtmagjuk van. A citoplazmában két fô részt lehet megkülönböztetni: a külsô plazmát (ectoplasma, újabban inkább kéreg, cortex) és a belsô plazmát (endoplasma). Az ectoplasma aránylag vékony, szubmikrosz kopikus szerkezetét tekintve összetett réteg. Fô építôelemei a plazmamembrán, a sejtköpeny és a sejthártya alatti réteg. A lipidekbôl és fehérjékbôl felépülô plazmamembrán a sejt és a környezete közötti anyagcsere aktív tényezôje. A külvilág felé a sejt által termelt, fôleg poliszacharidokból álló, fajra jellemzô vastagságú sejtköpeny (glycocalyx) borítja. Az összetettcukor-molekulák jelentôs része nem egyszerûen a felszínhez tapad, hanem a plazmamembrán fehérje-, illetve lipidmolekuláihoz kovalensen kötôdik, azaz a membrán-glikoproteidek és -glikolipidek alkotórésze. A sejtköpeny kémiai összetétele megszabja a sejtfelszín elektromos töltését, távol tartja a káros vagy közömbös anya gokat, ill. megköti a sejt által felveendôket, köztük a külön- bözõ extracelluláris szabályozóanyagokat. Az ectoplasma (cortex) sejthártya alatti rétege közönséges fénymikroszkóppal vizsgálva sok esetben fénylô, üvegszerû, szemcsementes rétegként jelenik meg, amit hagyományosan üvegplazmának (hyaloplasma) is szoktak nevezni. A sejt belsejét kitöltô és a magot körülvevô endoplasma az ectoplasmánál sötétebb színû, sok aprószemcsét tartalmaz. A fénymikroszkópos szemcsék elektronmikroszkópos megfelelôi a citoplazma különbözô organellumai. Az egysejtûeknek gyakran vannak olyan, valamely bonyolult funkció elvégzésére differenciálódott ún. speciális organellumaik is, amilyenek a többsejtûek sejt- jeiben nem fordulnak elô. Az egysejtûeket az jellemzi, hogy életük aktív szakasza vízhez vagy más 1

2 folyadékhoz (pl. testfolyadékokban és a bélcsôben élôsködô egysejtûek esetében), de legalábbis nedvességhez kötött. Az idôszakos élôvizekben élô és a szél útján terjedô egysejtûek élôhelyük kiszáradása elõtt betokozódnak, azaz maguk köré ellenálló anyagból tokot választanak ki. Eközben citoplazmájuk döntô többségét lizoszomális önemésztési folyamat segítségével felszámolják, víztartalmuk nagy részétôl megszabadulnak, és így sejtmagvaikat közel vízmentes állapotban ôrzik meg. Ismét kedvezô körülmények közé kerülve a ciszta ozmotikusan vizet vesz fel, a mag reaktiválódik, megindul a ci toplazma újraszintézise, majd a burok felpattan, s az állat kiúszik belôle. 5. ábra. A Prokaryota: eubaktérium; B Eukaryota sejt: egy polipodiális óriásamõba metszetének vázlata. A nyilak az organellumok sorsát mutatják. (A Szerzõ ábrája.) 2

3 Az egysejtûek alapvetô életmûködései Az egysejtûek anyagfelvétele és anyagleadása Az egysejtûek anyagfelvétele és anyagleadása a plazmamembrán közremûködésével két alapvetô módon valósul meg. 1. A plazmamembránon át történô molekuláris anyagáramlás (transzmembrán transzport) segítségével történik az egysejtûek gázcseréje, valamint az ion- és ozmoreguláció, és ezzel a kiválasztás egy része is. A vízben oldott anyagok közül egyesek (pl. O2) a magasabb koncentrációjú oldalról az alacsonyabb koncentrációjú felé közvetlen diffúzióval jutnak át a membránon. Bizonyos ionok membránfehérjékbõl felépülõ, szabályozottan nyílódó/záródó pórusokon, ún. ioncsatornákon át képesek alacsonyabb koncentrációjuk irányában átáramolni a membránon. Más molekulák (pl. egyszerû cukrok) szintén a koncentrációviszonyoknak megfelelô irányban, de specifikus szállítófehérje-komplexumok segítségével, ún. közvtített passzív transzporttal lépik át a membránt. Az oldott anyagok többségét (pl. az ionokat) energiaigényes aktív transzporttal a koncentráció gradiens ellenében is képes felvenni vagy leadni a sejt. Az ionos vegyületek aktív felvétele és leadása segítségével szabályozzák (tartják) bizonyos határok között a sejt ozmózisos nyomását is (ozmoreguláció). 2. A plazmamembrán részvételével történô anyagforgalom másik fô módja a csomagolt transzport, melynek során az anyagok membránba csomagolva jutnak be (endocytosis) vagy ki (exocy tosis) a sejtbôl. Az endocitózis (5/B. ábra) min- denek elõtt az egysejtûek táplálkozásában jelentôs. E folyamat lényege, hogy a táplálék a sejt köpenyen adszorbeálódik, majd a táplálék inger a plazma- membrán alatti ectoplasma mozgását kiváltva azt eredményezi, hogy a táplálékkal érintkezô plazmamembránrészlet a táplálékrészecskével együtt a citoplazma belsejébe tûrôdik, és a bekebelezett anyag körül összeolvad. Az így képzôdött endocitózis vakuola elszakad a plaz mamembrántól. Az endocitózis a bekebelezendô anyag természetétôl függôen kétféle módon mehet végbe. Határozott alakú részecskék felvétele a fagocitózis (phagocytosis), melynek fõ lépései fénymikroszkóppal is jól megfigyelhetõk. A folyékony anyagok igen kis méretû vezikulákba csomagolt felvétele a pinocitózis (pinocytosis). Az utóbbi módon elsôsorban a plazmamembránon molekulárisan átjutni nem képes oldott anyagokat (makromolekulákat, kolloid részecskéket, egyes cukrokat stb.) veszik fel az egysejtûek. Egysejtûekben is jelen van az ún. receptor-közvetítette endocitózis folyamata, melynek során a sejt specifikus extracelluláris molekulákat az õket megkötött plazmamemb ránfehérje-receptormolekuláikkal együtt vesz fel és továbbít a sejt litikus (lizoszomális) rendszerébe. A táplálékvakuola (phagosoma, pinoszóma, pi nocitotikus vesicula) a továbbiakban a lizoszómákkal összeolvadva emésztôûröcskévé alakul, melyben lizoszomális hidrolázok (a makromolekulákat bontó enzimek) aktiválódnak. Az emésztôvacuolában történik a zsákmány esetleges megölése, továbbá emésztése. Ennek során a bekebelezett anyag makromolekulái és lipidei kis molekulájú alkotórészeikre hidrolizálódnak. Utóbbiak a vacuola membránján át a citoplazmába 3

4 kerülnek, ahol beléphetnek a sejtanyagcsere biokémiai folyamataiba. Az emésztésnek ezt a formáját, amikor a felvett tápanyag teljes lebontása a sejten belül megy végbe, intracelluláris emész tésnek nevezzük. Az emésztôûröcskékben maradó emészthetetlen salakanyag a már említett exocitózis révén lökôdik ki a sejtbôl. Exocitózissal kerülnek ki a sejtbôl az exportra (szekrécióra) termelt anyagok is. Bizonyos egysejtûek hidrolitikus enzimeket is szekretálnak a környezetbe, és a sejten kívül bontott makromolekulákból az extracelluláris emésztésbôl eredô kismolekulákat transzmembrán transzporttal veszik fel. A kiválasztás és az ozmoreguláció A kiválasztás és ozmoreguláció sejtszervecskéje a lüktetô ûröcske-komplexum (5/A., 11. és 18. ábra). Fénymikroszkóppal is jól látható része a lüktetô ûröcske (kontraktilis vacuola), melynek mûködése periodikus. Elôbb lassan folyadékkal telôdik, majd hirtelen összehúzódás következtében tartalmát egy kiválasztónyíláson keresztül a környezetbe löki. A kiválasztópórus ott keletkezik, ahol a lüktetô ûröcske és a plazmamembrán érintkezik egymással. A folyamat tulajdonképpen speciális exocitózis, azaz a két membrán összeolvadása nyitja meg a pórust. A lüktetôûröcskéhez csak elektronmikroszkóppal tanulmányozható szivacsos állomány csatlakozik. Ez membránnal határolt tubulusokból és/vagy ve zikulákból álló rendszer, szerkezete rendszertani kategóriákra jellemzô. A sejtplazma anyagainak ozmotikus koncentrációja édes ví zi egysejtûekben mindig jóval magasabb ( mosmol/l), mint a környezô vízé. Ezért a koncentrációgradiensnek megfe lelôen, az alacsonyabb ozmózisnyomású helyrôl a magasabb felé, állandóan víz áramlik a sejt belsejébe. Ezenkívül az en docitotikus folyamatokkal is jut víz az állatok belsejébe, ahol víz keletkezik a sejtlégzés során is. A felesleges vizet aktív, energiaigényes folyamattal a lüktetôûrôcskekomplexum vá lasztja ki a sejtbôl. Egyes vizsgálatok azt mutatták, hogy sze repe lehet az ionforgalom szabályozásában, és esetleg egyes bomlástermékek (pl. húgysav) kiválasztásában is. Testfolya dékokban és bélben élôsködôk, valamint tengeri egysejtûek, melyeket a felhígulás veszélye nem fenyeget, rendszerint nem rendelkeznek lüktetôûröcskével. A lüktetõûröcske-komplexum mûködését nem ismerjük kie légítôen. Ha az egysejtût hiperozmózisos közegbe tesszük, ak kor az idôegységre jutó vakuoláris vízleadás (perctérfogat) csökken, míg ha hipoozmózisos közegbe kerül, akkor növek szik. Ez részben a lüktetés gyakoriságának változásaira vezet hetô vissza. A telôdés vagy az összehúzódás kémiai bénítása (pl. oxigénhiánnyal, légzésbénítókkal) a sejt duzzadásához vezet, minek következtében a plazmamembrán fel is hasad hat, és az egysejtû elpusztul. Mesterségesen szelektált lük tetõûröcske-hiányos mutánsok ezért csak megfelelôen magas ozmotikus koncentrációjú közegben tarthatók, éppúgy, mint a többsejtûeknek a szervezetbôl elkülönített sejtjei a szö vettenyészetekben. A lüktetôûröcske-komplexum szerkezete alap ján feltételezik, hogy a vizet a spongioma elemei vonják ki a citoszólból és továbbítják a vacuolába, melyben az össze húzódásig raktározódik. Ezt a feltételezést azonban mindmáig nem sikerült igazolni. Az alternatíva az, hogy az ûröcskébe, vagy a spongioma elemeibe pumpált folyadékból megtörténik az oldott anyagok nagyobb részének visszaszívása, és az így hipoozmózisossá vált folyadék lökõdik ki. A lüktetôûröcske-komplexum tehát mindenképpen a sejtbe áramló víz eltávo lításával szabályozza a citoplazma ozmotikus koncentrációját. Ezenkívül az egysejtûek plazmamembránjuk permeabilitá sának változtatásával és a makromolekulák szintézisével és lebontásával is képesek szabályozni citoplazmájuk ozmózisos nyomását. Hosszú távon így alkalmazkodnak a különbözô oz motikus koncentációjú közegekhez. 4

5 Az egysejtûek többségében az endoplasma jól demonstrálható, energiaigényes áramló mozgást, ún. plazmamozgást végez. Az áramló plazma útiránya fajra jellemzô, sebessége pedig különbözô tényezôk függvénye, pl. a hômérséklet emelkedésével nô. Az endoplasma keringése teszi lehetôvé többek között a gyorsabb intracelluláris anyag szállítást. Az ingerlékenység Azokat a külsô hatásokat, melyekre az élô rendszerek jellegzetes válaszreakciókat adnak, ingereknek (stimulus) nevezzük. Az élô rendszerben az inger hatására jellemzô változás, ingerület keletkezik. Az ingerület keletkezését különbözô mérhetô kémiai és fizikai változások kísérik. Ezek közül leginkább az elektrokémiai változásokkal szokták az ingerületi állapotot jellemezni. A sejt belseje és környezete között a töltéshordozó ionok egyenlôtlen megoszlása miatt elektromos potenciálkülönbség (nyugalmi potenciál) mérhetô. A citoplazma nyugalmi állapotban mindig negatívabb (negatív töltésekben gazdagabb), mint a sejt környezete. Inger hatására a plazmamembrán ionáteresztô képessége (permeabilitása) és ezzel a membrán két oldala közötti potenciálkülönbség is megváltozik. Ha ez a potenciálkülönbség növekszik, hiperpolarizációról beszélünk, ellenkezô esetben depolarizációról (akciós poten ciál). Utóbbi változás mint ún. tovaterjedõ csúcs potenciál az ingerlés helyérôl végigfuthat a plazmamembránon és fõképpen többsejtûekben átadható más sejtekre is (ingerület-átvitel). Az in gerületbe került élô rendszer (pl. sejt) további jellegzetes, specifikus válaszreakciókat mutathat. Az egysejtûek az ingerekre, azok fajtájától, erôsségétôl és irányától függôen reagálnak, pl. táplálkozással, szekrécióval (védekezô anyagok leadásával) és legáltalánosabban az inger által irányított mozgással (taxissal). Az inger felé törté- nô mozgást nevezik pozitív, az inger felôl történôt pedig negatív taxisnak. Az inger fajtájától függôen különböztet hetünk meg például foto-, kemo- vagy galvanotaxist stb. Ha az egysejtû az inger hatására a mozgás sebességét változtatja, akkor az ingerválaszt kinézisnek (kinesis) nevezzük. Az inger minõsége szerint beszélünk pl. gravi-, foto-, kemo- vagy termokinézisrõl. Ha az inger hatására a helyváltoztatás sebessége nõ, akkor po- zitív vagy direkt, ha csökken, akkor pedig negatív vagy inverz kinézisrõl beszélünk. A specifikus ingerlékenység vagy egyformán az egész sejt tulajdonsága (pl. amôbák esetében), vagy a test felület különbözô területeihez kötôdik (pl. pa pucsállatka). 5

6 A szaporodás Az egysejtûek szaporodása lehet ivartalan és ivaros. Az ivartalan szaporodás rendszerint csak egyszerû mitotikus, vagy amitotikus kettéosztódással történik. Egyes fajok betokozódáskor több szörösen osztódnak, és késôbb a burok felpat- tanásakor ennek megfelelô számú utód úszik ki a szabadba. A kettéosztódással létrejött egysejtûnek bizonyos idôre van szüksége ahhoz, hogy ismét elérje azt a méretet, melynél elôbb az örökítôanyag megkettôzését, majd osztódását vagy ivaros sza porodását megkezdheti. Ebben az idõszakban regenerálódnak vagy duplikálódnak azok a speciális sejtszervecskék, melyek az osztódás során dedifferenciálódtak vagy megfelezôdtek. Az osztódást követô növekedési periódusban tehát alaki fejlõdés (morphogenesis) is történik. Egysejtûek esetében is beszélhetünk tehát egyedfejlôdésrôl. A növekedési periódus hossza döntôen a környezeti ténye- zôktôl függ: annál rövidebb, minél több táplálék van a környezetben és minél közelebb van a hômérséklet, ionkoncentráció (ph) stb. a fajra jellemzô optimális értékekhez. Ha kedvezôek a körülmények, akkor adott élôhelyen az egyedszám gyorsan nõ, az egyedi életidô viszont rövid. Kedvezôtlen külsô tényezôk az egyedi élet hosszát növelik, de a populáció egyedszámát csökkentik. Az ivaros szaporodás lényege, hogy valamely lépésében megtermékenyítés (fertilisatio) történik, azaz meiózisban keletkezett haploid (gamétikus) sejtmagok összeolvadásával új, diploid, genetikailag rekombináns (zigotikus) sejtmag alakul ki. Egyes egysejtû csoportokban (pl. euglenoid ostorosok, galléros ostorosok, trichomonadidák, a házas amõbák többsége) nem írtak le még ivaros folyamatot. Bizonytalan, hogy ezekben a csoportokban a szexualitás valóban nem fejlõdött ki, vagy csupán másodlagosan hiányzik-e, esetleg egyszerûen nem került még a kutatók szeme elé. Sok egysejtû csoportban az ivaros szaporodás során a haploid gamétikus sejtmagot hordozó speciális, szexuálisan differenciált sejtek, a gaméták keletkeznek, melyek amöboid vagy ostoros mozgásra képesek. Igen gyakori, hogy a számfelezô osztódás (meiosis) és az azt megelôzô, ill. követô osztódások betokozódott állapotban tör- ténnek, és a gaméták majd a cisztából úsznak ki. Ha a gaméták morfológiailag nem különböznek, akkor izogámiáról, más néven izomorf megtermékenyítésrõl (isomorph fertilisatio) beszélünk, ha azonban különbséget tudunk tenni köztük (ani- zogá mia, anisomorph fertilisatio), akkor a kisebbiket hím-, a nagyobbikat pedig nôi jellegûnek tekintjük. Ha egy mozdulatlan ( pete- ) sejtet egy mozgékony hím gaméta termékenyít meg, akkor oogámiárólbeszélünk. A gaméták egyszerû összeolvadással (copulatio) hozzák létre a zigótát (zygota), mely a továbbiakban rendszerint több cikluson át ivartalanul osztódik, és többnyire kedvezôtlen körülmények hatására kezd megint ivarosan szaporodni. Ha a szexualitás már a szülői sejtben megnyilvánul, akkor a sejtet gamontnak nevezzük. A gaméták össze olvadását (gametogamia) megkülönböztetjük a gamontok összeolvadásától (gamontogamia). Ennek speciális esete a csillósok törzsére jellemzõ ún. egybekelés, melynek során a gamontok bizonyos fajoknál összeolvadnak, másoknál csupán a folyamat elején létrehozott haploid magjaik felét cserélik ki egymás között. (Eközben sejttestjeik önállóak maradnak, pl. 6

7 Paramecium sp.). Az autogamia egyazon szülõsejtben keletkezett gamétikus sejt magok összeolvadásával jellemezhetõ. Az ivaros szaporodás nélkülözhetetlen a faj fennmaradása szempontjából, mivel egy zygota utódai (a klónja) csupán véges, genetikailag meghatározott számú mitózist végezhetnek. Papucsállatka fajok esetében például a tenyésztett törzstõl is függõen sejtciklust mértek. Ezután a klón kiöregszik (szeneszcenssé válik), morfológiailag is degenerálódik, majd elpusztul, hacsak a szeneszcencia beállta elõtt nem történik egybekelés, ami után a zygotában az osztódási ciklusok számlálása újrakezdôdik. A klónon belül nincs le hetõség konjugációra. A klón tehát halandó. Utóbbi tulajdonság egyébként a többsejtûek testi sejtjeire is jellemzõ, nekik csak a csírasejtvonalban van meg a termé szetes lehetõségük a genetikai rekombinációra, és a ciklus számlálás minden egyes zygotában (egyedben) történõ új rakezdésére. Az egysejtûek ciklusszámát csakis kísérletes rendszerekben, tisztán egy klónt tartalmazó tenyészetekben lehet mérni, ahol nem találhatnak párosodásra képes partnert. A protozoológia ma kb megnevezett állati egysejtû fajt ismer, melynek kb. fele ma élõ (recens), a többi pedig ki halt (ásatag, fosszilis). A jövõben több ezer új faj leírása várha tó még. Mivel a betokozódott édesvízi egysejtûek a szél vagy pl. madarak által terjednek, jellemzô rájuk, hogy egy részük kozmopolita, azaz hasonló élôhelyeken bármely kontinensen megtaláljuk ugyanazokat a fajokat. Az egysejtûek jelentôs he lyet foglalnak el a táplálékláncban: számos féreg és apró ízelt lábú-lárva stb. táplálkozik egysejtûekkel. A vízi környezet vál tozásai jól tükrözõdnek az egysejtûfauna fajösszetételében, ezért a környezet szennyezôdésének érzékeny jelzésére hasz nálhatók (biológiai indikátorok). Ismeretük egyéb gyakorlati szempontból is fontos, mivel kb , fõképpen állati és emberi parazita, kórokozó egysejtû faj létezik. Az állati egysejtûek vázai részt vesznek, sôt néha domi nál nak egyes üledékes kôzetek létrehozásában, ami fontos hatá rozási szempont a geológiai rétegtanban, és így a nyers anya gok kutatásában is. Számos egysejtû kedvelt sejtbioló giai, molekuláris biológiai vagy genetikai kutatási objektum. Fontos elônyük például az, hogy könnyen tarthatók, rövid idõ alatt sok generációjuk fut le, és a szövettenyészetekhez ha son lóan sejtbiológiai módszerekkel, de mégis teljes szerveze tek kel kísérletezhet a kutató. 7

8 GYAKORLATI FELADATOK A gyakorlatokon az egysejtûek vizsgálatához esetenként sztereo-, gyakrabban átvilágításos fénymikroszkópot használunk. Egyes lépéseket a felbontóképességet növelô berendezésekkel (fázis kontraszt optikával, sötétlátóteres kon denzorral) felszerelt mikroszkópok segítségével vizsgálha- tunk. A munkát mindig a leggyengébb nagyítású objektívvel kezdjük, és csak akkor használunk nagyobb teljesítményû lencsét, amikor egy kiszemelt állat finomabb struktúráját kívánjuk szemügyre venni. Az átvilágításos fénymikrosz- kópban 20-szorosnál erôsebb nagyítású objektívvel csak fedõlemezzel fedett készítményt vizsgálhatunk! AZ AMÔBÁK (VÁLTOZÓÁLLATKÁK VÁLTOZÓÁLLATKÁK) VIZSGÁLATA Ebbe a csoportba egysejtû vagy plasmodialis (plazmodium: egy sejtben sok sejtmag keletkezik sorozatos magosztódással, amit sejtosztódás nem követ) fagotróf protozoonokat sorolnak, melyeknek citoplazmanyúlványai, az ún. állábak szolgálnak mind a helyváltoztatás, mind pedig a táplálkozás eszközéül. Az állábak alakja osztályra jellemzô: lehetnek karéjosak, fonal alakúak, gyökérszerûek és hálózatosan elágazók. A gyökérlábúak nem fotoszintetizálnak, bár egyes csoportokban elõ fordul másodlagos szimbiózis zöldalgákkal. Mitokond riumaik csakis másodlagosan hiányozhat nak, Golgi-készülékük van. Sejtmagjuk rendszerint egy van, vagy ha több, akkor azok egyen értékûek (felépítésük és funkciójuk azonos). Gyûjtés, beszerzés, tartás: Amôbákat elsôsorban különbözô állóvizek fenekérôl, bomló anyagokat tartalmazó iszapjából gyûjthetünk, s az állatok tenyészetben is eltarthatók. A táplálkozásukhoz szükséges baktériumokat úgy állíthatjuk elõ, hogy kiforralt és lehûtött csapvizet tartalmazó Petri-csésze közepére néhány rizsszemet helyezünk. A magvakon levõ spórákból napokon belül fehér fonalas gombák és velük együtt baktériumok fejlõdnek. Ebbe a közegbe helyezzük az amôbákat, melyek ott elszaporodnak. Néhány amõbát idõnként tegyünk (oltsunk) át új, friss táptalajra, hogy megelôzzük a tenyészet kiöregedését. A tenyészetet a külsô fertôzéstõl óvni kell. Az amôbák legbiztonságosabban steril körülmények között tarthatók el. 8

9 Sztereomikroszkópos megfigyelések: Vizsgáljuk meg az amõbákat sztereomikroszkóp alatt, Petri-csészében, vájt tárgylemezen (l. ábra). A vizsgálat megkezdése elôtt várjunk egy keveset, mert a rázás hatására az állatok összehúzódnak és nem látunk mást, mint apró gömböket. Nyugalmi állapotban újra kinyújtják állábaikat. Fénymikroszkópos megfigyelések: Az amõbákat transzmissziós mikroszkóppal tárgylemezen, fedôlemez alatt elõbb 20-szoros, majd erôsebb nagyítású objektívvel figyeljük meg. Azonosítsuk a sejt alkotórészeit! A plazmaáramlás egyszerû mikroszkópban is látható, azonban demonstratívabb sötét látótérrel vagy fáziskontraszt-mikroszkóppal vizsgálva. Az álláb csúcsán lezajló folyamatokat végül 40-szeres nagyítású objektívvel vizsgálhatjuk. A fagocitózis tanulmányozása céljából a vájt tárgylemezre pipettázott amôbákhoz kimosott és kézi centrifugával sûrített apró csillósokat (pl. Tetra hymena pyriformist) adunk. Megfigyelhetjük, hogyan történik az áldozatok bekebelezése, és mi lesz a sorsuk a citoplazmában. A pinocitózis vizsgálata céljából helyezzük az amôbát 1 2 percig 0,125 M/l koncentrációjú nátrium-klorid-oldatba, majd tárgylemezre, fedôlemez alá. Erôs nagyítással vagy fáziskontraszt-mikroszkópban megfigyelhetjük az állábak csúcsán kialakuló pinocitózis tölcséreket. 9

10 A PAPUCSÁLLATKÁK (PARAMECIUM SP.) VIZSGÁLATA.) A papucsállatkafajok (Paramecium spp.) nevüket papucsszerû formájukról (11. ábra) kapták. Testhosszuk µm; kis gyakorlattal szabad szemmel is észrevehetôk. Rendszerint több-kevesebb korhadó vagy rothadó anyagot tartalmazó vizekben élnek; baktériumokkal táplálkoznak. Fontos kísérleti objektumok, több fajuk számoslaboratóriumi törzsét tenyésztik. A Paramecium nemzetség (genus) fajstruktúrája meglehetõsen bonyolult. Akorábban morfológiai bélyegek alapján meghatározott fajok ugyanis más csillós csoportokhoz hasonlóan több genetikai fajt, ún. szüngént (syngen) foglalhatnak magukba. Ezek akkor tekinthetõk valóban külön fajnak, ha az egyes szüngének között konjugáció, azaz genetikai rekombináció nem fordulhat elõ. Differenciált szervezetû, a szabadon úszó életmódhoz alkalmazkodott, állandó testalakkal (11. ábra) és szokásos mozgásiránnyal jellemezhetô egysejtûek. Alakjuk hosszúkás, kissé lapított, elöl, az anterior végenlekerekített, hátul, aposteriorvégenszélesebb, de egy hosszabb, merev csillókból álló pamacs ( farok ) miatt kihegyesedô. Az állatka testének középtáján van egy hosszirányú teknôszerû bemélyedés. Ez a szájmezô (lásd: anyagfelvétel-anyagleadás). 11. ábra.a Paramecium aurelia sp.testfelépítése testének bal oldala felõl nézve. A felületen a csillókat apró körök jelképezik. (JURANDés SELMANN, 1973., ábrái alapján RÉZ és DÓKA által kombinált rajz.) 10

11 Az egész sejtfelszínt a plazmamembrán borítja, beleértve természetesen a csillók felszínét is. A sejtköpeny rövid, összetett cukrokból álló vékony fonalak szövedékébôl álló réteg. Alatta az ún. bőrke található, amelyet a plazmamembrán, az alatta rendben elhelyezkedõ hólyagocskák (alveolus), valamint a hozzájuk szorosan tapadó szilárdító külső plazmaréteg (epiplazma) építik fel. Ez speciális, a csillósokra jellemzõ sejtvázfehérjéket tartalmaz, s a csillózat horgonyzó helye, a sejtalak megszabója és õrzõje. Az állatka felszínén a háziméh lépének ránézetéhez hasonló elrendezésben a test hossztengelye irányában kissé megnyúlt hatszöges bemélyedések, illetve az ôket egymástól elhatároló kiemelkedô peremek láthatók. A bemélyedések közepébôl egy vagy egy pár csilló ered, ezért egy ilyen hatszöges egységet csillómezônek neveznek. A cortex alatt szabályos rendben helyezkednek el a tüsketokok. Ezek membránnal határolt, palack alakú testek. A palack üregében elektronmikroszkóposan szemcsékbe rendezett anyagtömeg (töltet) helyezkedik el, ami apalack nyakában levô tömörebb szerkezetû tüskébe megy át. A palack nyílásának megfelelô végén levô membránszakasz szorosan kapcsolódik a plazmamembránhoz (a két membrán intramembrán fehérjével kötôdik egymáshoz). Ha az állatot valamely kellemetlen inger, pl. támadás éri, akkor a plazmamembrán és a tüsketok érintkezô membránjai szabályos exocitózissal felszakadnak, a bezárt anyag hirtelen rugalmasan kinyúlik, kivetõdik a hüvelybõl, végén a tüskével. Olyanformánmûködik tehát, mint egy rugós kés, vagy puska. Ez bizonyos védelmet biztosíthat a papucsállatka számára. 12. ábra. Paramecium aurelia sp. bőrkéjének felépítése, az ectoplasma és a csillózat egy részlete ferde ránézetben, tömbmetszetben (JURANDés SELMANN, 1973., nyomán.) 11

12 A papucsállatkáknak egy ovális, közelítôleg bab alakú nagymagjuk (macronucleus, MAN) és fajonként változó számú kisebb magjuk (micronucleus, MIN) van (11. ábra). A MAN finomszerkezete alapjában megegyezik a többsejtûek sejtmagjának osztódás közötti szerkezetével. Belsejében folyik a transzkripció. A MIN lényegében tömören csomagolt kondenzált kromoszóma-anyagot tartalmaz. Szerkezete csak osztódásai elôtt lazul fel, amikor az örökítôanyag megkettôzôdik benne. A papucsállatkák poliploidok, sem a ploiditás foka nem ismert pontosan, sem pedig a kromoszómák száma ( ), mivel a nagy szám miatt a szokásos citogenetikai kromoszómaszámolás lehetetlen. Az ivartalan szaporodás a kedvezô környezeti feltételek között élô populációkra jellemzô forma (21. ábra). Ilyenkor a MAN amitotikusan, a MIN pedig mitotikusan osztódik. Ezt követi a sejtosztódás. A papucsállatkák osztódáskor megtartják valamennyi csillómezőjüket és csillójukat. Az osztódást követõ növekedési, egyedfejlõdési periódusban az új csillómezõk a régiekhez igazodva alakulnak ki. Az ivaros szaporodás összetett, bonyolult mechanizmusú egybekelés (conjugatio), mely 25 C hômérsékleten átlag 18 órát vesz igénybe. 21. ábra.paramecium caudatumivartalan kettéosztódásának fázisai (1 4). (GRELL, 1973., nyomán.) 12

13 Gyûjtés, beszerzés, tartás: Papucsállatkákat több-kevesebb rothadó növényi anyagot is tartalmazó idôszakos vizekbôl, pocsolyákból, tavakból, folyók holtágaiból gyûjthetünk, és megfelelôen elkészített tenyésztôközegekben feldúsíthatjuk ôket. Egyszerû tápközeg készíthetô úgy, hogy kiforralt desztillált vízben kevés csalán levél teát (gyógyszerészeti nevén folia Urtici) vagy szénát, ill. igen tartós tenyészet céljára kevés lótrágyát áztatunk. Ha a táptalaj felszínén már öszszefüggôgomba-baktérium réteg alakult ki, bevihetjük a gyûjtött Parameciumokat, melyek ott 4 5 nap alatt sûrû tenyészetté szaporodnak. A beáztatott növényi anyagból gyakran külön ráoltás nélkül is kaphatunk tenyészetet, amit mindig újabb táptalajra oltva újíthatunk meg. A tenyészet nem lesz tiszta: számos más egysejtût és baktériumot találunk benne (fertôzõ lehet!). Viszonylag tisztább tenyészetet készíthetünk, ha néhány rizsszemet helyezünk lapos, 4 10 cm átmérõjû Petri-csészébe alig több desztillált vízbe, mint amennyi a szemeket ellepi. Szobahõmérsékleten néhány nap alatt fehér, vattaszerû gombamicélium réteg fejlõdik a szemek körül, ami baktériumoknak is jó élõhelye. Ekkor oltsunk rá elõzõ tenyészetünkbõl vagy a természetbõl gyûjtött mintából papucs állat kákat. Többet indítsunk párhuzamosan! Ha ez a tenyészet nem fertõzõdik meg színes penész gombákkal, akkor általában igen nagy sejtsû rûségig fejlõdik. Sztereomikroszkópos megfigyelések: A tenyészetbôl szemcseppentôvel vett mintát Petri-csészében sztereo-mikroszkópban nézve, megvizsgálhatjuk a papucsállatkák mozgását (19. ábra). Határozzuk meg az állatok elülsô és hátulsó testvégét! A tenyészet egy cseppjébe zseblámpaelem (4,5 V) két pólusáról elektródokat vezetünk, az állatkák elülsô végükkel a katód felé fordulva köréje gyûlnek (pozitív galvanotaxis). Negatív kemotaxis kiváltásához egy csepp híg kininoldatot csep- pentünk, vagy egy darabka kálisó (KCl)-kristályt helyezhetünk a fedõlemezen lévõ tenyészet cseppjének szélére. Hasonló módon válthatunk ki pozitív kemotaxist konyhasó (NaCl)- kristálykával, híg (0,1%-os) ecetsavval, illetve almasavval, avagy negatív termotaxist egy darabka jéggel. 13

14 19. ábra. A papucsállatkák, a csillók és a csillózat mozgásának vázlatai. Az izolált csilló tölcsérezõ mozgása: A oldalnézetben; B felülnézetben; C egy csilló mûködésének nyolc fázisa, 0 7-ig; D a metakronikus lecsapási hullámok a P. caudatum testfelszínén (a nyilak a mozgás irányát jelzik); E P. caudatum egy kinagyított részletén látható a pillanatszerûen rögzített csillósorok koordinált mûködése (0 7. sor); (F) a kétszeresen balra csavarodó elõreúszás. (PÁRDUCZ, 1967., nyomán.) 14

15 Fénymikroszkópos vizsgálatok: A tenyészetekbôl vett és tárgylemezre helyezett cseppeket fedôlemezzel óvatosan lefedjük. Az állatkák mozgásának korlátozására célszerû a tárgylemezre vékonyra széthúzott vattaszálakat helyezni, hogy a csillósok annak rácsozatába zárva ne tudják minduntalan elhagyni a látóteret. A fedôlemez alól ezután a széléhez érintett szûrôpapírcsík segítségével annyi vizet szívunk ki, hogy a fedõlemez ráfeküdjön a vattaszálakra, de az egysejtûeket ne nyomja szét. A papucsállatkák mozgása úgy lassítható, hogy a közeg viszkozitását zselatin hozzáadásával növeljük, vagy 0,1%-os nikkel-szulfát oldatot (vigyázat, méreg!) adagolunk hozzá. Ez utóbbi anyag a csillókat károsítja. Vizsgáljuk meg az állatok belsõ felépítését (7. ábra)! A lüktetôûröcskék megfigyelése után szívas sunk át a tárgylemez alatt szûrôpapírcsíkokkal 0,002 M/l-es kálium- vagy nátrium-cianid-oldatot (méreg!)! Ez úgy történik, hogy a fedôlemez egyik széléhez cseppentjük az átszívandó olda tot, míg az ellenkezô oldalról szûrôpapírcsíkot érintünk a fe dôlemez alatti folyadék széléhez. Az említett olda tok bénítják a mitokondriumok ATP-termelését és ezért a lüktetôûröcskék mûködését. Az állatokban a beáramló, ki nem választott víz felgyûlik, felduz zad nak, szétpukkadnak. Cseppentsünk újabb tárgylemezen egy csepp tenyészethez kevés telített kárminoldatot. A pa pucsállatkákon sodródó piros színezékszemcsék jól láthatóvá teszik a csillózat mozgását és a táp lálkozási organellumokat. Mivel a sejtgarat alján fagocitálódnak, segítségükkel megfigyelhetjük az emésztôûröcskék útját is a sejtben (11. ábra). A szemcsékkel teli vacuolák elôbb elôre, majd hátrafelé haladnak. Útjuk végén a sejtalrésen át ürülnek a külvilágba. Ha egy másik csepp tenyészethez kevés telített kongóvörös oldatot adunk, megfigyelhetjük az emésztôûröcskén belüli közeg phváltozásait is. A sav-bázis indikátor piros színe elôbb semleges ph-t jelez a frissen keletkezett fagoszómában, majd a lizoszómákkal történt összeolvadás utáni kék savas ph-t mutat. Az emésztés végén, a kiürülés elôtt az indikátor ismét semleges közeget jelez. A fagocitózist híg vizes élesztõszuszpenzió hozzá- cseppentésével is demonstrálhatjuk: a viszonylag nagyméretû gömbölyû élesztõsejtekkel megtelt fagoszómák a tápláléktömeg alakját felvéve sze- derszerû megjelenést öltenek. Ha 0,5 1%-os ecetsavban oldott 1%-os metil zöld 100 ml-éhez 25 ml abszolút etanolt adunk, sejtmagfestéket kapunk. Ezt egy újabb tenyészet-csepphez adva abban a papucsállatkák azonnal elpusztulnak, a nagy sejtmag erôsen, a kis sejtmag pedig halványan smaragdzöldre festôdik, a trichociszták kilökôdnek. 15

16 16. ábra. A papucsállatka (P. tetraurelia) emésztési ciklusa és a vele kapcsolatos membránáramlások, organelláris mozgások. (1) a mikrotubulusokon utazó, majd afagoszomális membránba olvadó discoidalis vesiculák; (2) a fagoszomális membránon dokkoló acidoszómák; (3) a fagoszómába (DV I) olvadó acidoszómák; (4) visszanyerõdõ és reciklizálódó discoidalis vezikulák; (5) a táplálék-vacuola (DV II) membránján dokkoló enzimszállító primaer (pl) és secundaer (sl) lizoszómák; (6) a lizoszómák beolvadása a táplálék-vacuolába: az emésztõ vacuola (DV III) kialakulása; (7) intravakuoláris emésztés; (8) a secundaer lizoszómák visszanyerése és reciklizációja; (9) defaecatio: a késõi emésztõ vacuola (DV IV) vándorlása a cytoprocthoz és exocitózisa; (10) a discoid vezikulák visszanyerése és reciklizációja. (FOKés ALLEN, 1993., nyomán.) 16

17 18. ábra. Paramecium aurelia sp. lüktetõûröcske-komplexumának ránézeti képe: A telõdött és B kiürült stádiumban. A kör alakú mezõkben a sugárcsatornák és a spongiomatubulusok elektronmikroszkópos dimenzióban kinagyított képe látható. (JURANDés SELMANN, 1973., nyomán.) IRODALOM MÓCZÁR L.: Állathatározó, I., Tankönyvkiadó, Budapest,

18 23. ábra. A hazai élõhelyek leggyakoribb csillósai. (1) fogashenger (Prorodon teres); (2) varsaállatka (Nassula elegans); (3) lúdcsillós (Dileptus anser); (4) hattyúcsillós (Lacrymaria olor); (5) ormányos állatka (Didinium nasutum); (6) halacska (Uroleptus piscis); (7) csillagszájú állatka (Spirostomum ambiguum); (8) papucsállatka (Paramecium caudatum); (9) szürke csillós (Glaucoma scintillans); (10) csészeállatka (Euplotes patella); (11) kagylóállatka (Stylonichia mytilus); (12) veseállatka (Colpodium colpola); (13) bokros harangállatka (Carchesium polypinum); (14) csöves állatka (Lagenophrys ampulla); (15) tegzes kürtállatka (Stentor roeseli); (16) közönséges kürtállatka (Stentor polymorphus); (17) kehelyállatka (Vaginicola crystallinus); (18) oszlopharangocska (Epistylis ovum); (19) harangállatka (Vorticella nebulifera); (20) ugróállatka (Halteria grandiella); (21) nyeles kehelyállatka (Cothurnia annulata); (22) gyomorállatka: bendõcsillós (Ophryoscolex purkinjei); (23) kehelyszívókás (Acineta ligulifera); (24) csupasz szívókás (Podophrya fixa). (SOÓSnyomán, MÓCZÁR, 1984., könyvébõl.) 18