Размерный класс

На этом фото один из объектов с одной из микрофотографий условия — пекарские дрожжи — сфотографирован с помощью другой техники и с другим увеличением. Но увеличение не указано, зато есть масштабная линейка.

M. Пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Снимок получен с помощью сканирующей электронной микроскопии. Авторы: Mogana Das Murtey and Patchamuthu Ramasamy

Некоторые объекты с фотографий условия вы могли видеть невооруженным глазом, а значит, можете оценить их размеры и опираться на них.

Обратите внимание, видны ли органеллы клеток.

Какие организмы являются осмотрофами? Как это должно влиять на их размеры?

1. Какие организмы являются одноклеточными, колониальными, многоклеточными?

Одноклеточные: Netrium (зеленая водоросль), Closterium (зеленая водоросль), диатомовые водоросли с фото D, инфузории-туфельки Paramecium caudatum, пекарские дрожжи.

Колониальные: морские диатомовые водоросли с фото G, Achnanthes longipes — эти диатомовые водоросли встречаются и как одиночные клетки, но на фото попали в форме колоний.

Можно встретить разные мнения по поводу того, колониальные это организмы или многоклеточные: Volvox sp., Anabaena sp.

Многоклеточные: нитчатые зеленые и красные водоросли — Zygnema sp., Spirogyra, Polysiphonia; животные — дафния и нематода; почвенный гриб Arthrobotrys conoides; высшие растения — гибискус и его пыльца, одуванчик и его пыльца (пыльца — это фактически мужской гаметофит, то есть особое поколение в жизненном цикле высших растений; несмотря на то что в пыльце всего две клетки, ее следует относить к многоклеточным организмам).

2. Размерные классы организмов:

1-10 мкм: дрожжи;

десятки микрометров: пыльца одуванчика; Achnanthes longipes; молодые колонии вольвокса (находящиеся внутри материнской колонии); диатомовые водоросли с фото D; морские диатомовые водоросли с фото G; Netrium (зеленая водоросль);

сотни микрометров: инфузории-туфельки Paramecium caudatum; пыльца гибискуса; Anabaena sp. (по длине); Closterium (зеленая водоросль); Volvox;

миллиметры: дафния, пыльник гибискуса; рыльце пестика одуванчика, гриб, нитчатые водоросли.

Размерные классы клеток колониальных или многоклеточных организмов, если можно рассмотреть эти отдельные клетки:

1-10 мкм: клетки Anabaena, клетки Volvox;

десятки мкм: конидии Arthrobotrys conoides (в ширину менее 10 мкм, в длину — более); клетки Zygnema, Spirogyra, Polysyphonia, клетки диатомовых водорослей, клетки рыльца пестика одуванчика.

3. Как расположить эти организмы от самого маленького к самому большому?

Многие из перечисленных организмов и объектов (но не дрожжи и не пыльца!) обладают довольно значительной индивидуальной изменчивостью в размерах, и в сочетании с тем, что на микроскопических фото нет масштабных линеек, мы не можем точно оценить их размеры. Поэтому не очень важно, в каком именно порядке вы расставили близкие по размеру организмы, такие, как диатомовые водоросли с фото D и G.

Порядок будет примерно таков:

пекарские дрожжи — 5–6 мкм в длину; пыльца одуванчика — 20–25 мкм в диаметре; Achnanthes longipes — около 20 мкм в ширину и 40–50 мкм в длину; диатомовые водоросли с фото D — около 30 мкм в ширину, 70–80 мкм в длину; морские диатомовые водоросли с фото G — около 20–30 мкм в ширину и 80–100 мкм в длину; Netrium (зеленая водоросль) — около 35–40 мкм в ширину, 100 мкм в длину; инфузории-туфельки Paramecium caudatum — около 40–50 мкм в ширину, 130–150 мкм в длину; пыльца гибискуса — около 150–180 мкм в диаметре; Anabaena sp. (по длине) — около 200 мкм в длину, около 3–5 мкм в ширину; Closterium (зеленая водоросль) — 200–250 мкм в длину, около 40 мкм в ширину; нематода — около 30 мкм в ширину, около 400–450 мкм в длину; Volvox — около 500 мкм в диаметре, дафния — около 3 мм; Arthrobotrys conoides (толщина гиф около 7–10 мкм, а суммарная длина гиф может достигать сантиметров); нитчатые водоросли (в длину могут достигать сантиметров): Zygnema sp., Spirogyra, Polysiphonia; высшие растения — одуванчик (впрочем, он может быть меньше, чем некоторые экземпляры Polysiphonia), гибискус.

Идея этой задачи появилась, когда знакомым автора понадобилось разобраться в том, как соотносятся разные микроорганизмы: насколько инфузория-туфелька больше, чем дрожжи? Насколько дрожжи больше, чем бактерии?.. Световая микроскопия позволяет нам увидеть и рассмотреть организмы, отличающиеся размерами в тысячи раз — от одного до нескольких тысяч микрометров (то есть нескольких миллиметров), но при этом организмы разных размерных классов не всегда попадают на фото вместе, и можно до поры до времени в какой-то мере упускать из внимания эту разницу. А она огромна: если сравнивать объемы или вес этих организмов, то линейная разница в десятки-сотни-тысячи раз превращается в разницу от тысяч до миллионов раз. И это далеко не всегда объясняется разницей между одноклеточными и многоклеточными формами: клетки тоже могут быть очень разными по размеру и объему.

Большинство небольших (1–2 мкм) клеток являются прокариотами (организмами без ядер, с кольцевой ДНК и без комплекса внутренних мембранных органелл). Цианобактерии Anabaena из задачи — это довольно крупные и довольно сложно организованные прокариотические клетки: у них есть фотосинтетические мембраны — тилакоиды, что сильно отличает цианобактерий от других прокариотических микроорганизмов. А вот какие-то более обычные бактерии, например кисломолочные бактерии из йогурта или кефира, еще мельче (как минимум, в ширину) и будут видны на световом микроскопе хуже.

В последние годы открыли несколько удивительных исключений из этого правила. О недавно открытых гигантских бактериях и о том, какие у них есть необычные внутриклеточные структуры, вы можете прочитать в новостях Гигантская Thiomargarita magnifica нарушает каноны устройства бактериальной клетки и У гигантской бактерии Achromatium oxaliferum каждая клетка содержит много разных геномов.

Клетки осмотрофных эукариот — грибов — обычно тоже не очень просто рассмотреть с помощью светового микроскопа: даже если они длинные, они, как правило, довольно тонкие. При их способе питания важно, чтобы относительная площадь поверхности — площадь, деленная на объем, — оставалась достаточно большой. Крупные клетки у грибов встречаются в структурах, связанных с размножением, — спорангиеносцах или конидиеносцах, в самих спорах (например, споры ржавчинных грибов), но активно питающаяся грибница состоит из тонких клеток даже у тех грибов, которые образуют крупные плодовые тела (такие, как опята, белые грибы и т. д.):

N. Cпоры ржавчинного гриба, увеличение 2000×. Автор: Dr. Meike Piepenbring

Обратите внимание, как сильно разнятся размеры клеток фотосинтезирующих эукариот: от крошечных клеток колонии вольвокса (по размерам — примерно как клетки цианобактерий) до таких крупных клеток, как Closterium. Самые крошечные фотосинтезирующие эукариоты не попали в эту подборку, но они размером с небольшую бактерию (меньше 1 мкм): это Ostreococcus tauri. Существуют еще более крупные, даже макроскопические, одноклеточные водоросли — например, ацетабулярия (см. картинку дня Бокал русалки).