Амеба протей та інфузорія-туфелька: будова і життєдіяльність

Одноклітинні гетеротрофні еукаріоти — це організми, тіло яких складається з однієї клітини, що виконує всі функції цілісного організму. Традиційно їх називають найпростішими (протистами). Кожна така клітина має справжнє ядро, оточене ядерною мембраною, а також мембранні органели — ендоплазматичну сітку, апарат Гольджі, лізосоми, мітохондрії. На відміну від рослин, вони не здатні до фотосинтезу й живляться готовими органічними речовинами (гетеротрофний спосіб живлення).

Серед одноклітинних гетеротрофних еукаріотів розрізняють вільноживучі види, що мешкають у прісних водоймах, і паразитичні, які спричиняють хвороби людини. До вільноживучих належать амеба протей та інфузорія-туфелька — саме їхню будову й життєдіяльність ти вивчатимеш у цьому уроці. Паразитичні форми — дизентерійна амеба й малярійний плазмодій — будуть розглянуті в наступному уроці.

Органели спеціального призначення

У різних одноклітинних гетеротрофів з'явилися органели, які забезпечують виконання функцій, що в багатоклітинних організмів покладені на окремі органи:

• органели руху — псевдоніжки (несправжні ніжки, псевдоподії) та війки;

• травні вакуолі — утворюються навколо захопленої їжі, у них відбувається внутрішньоклітинне перетравлення;

• скоротливі вакуолі — збирають і виводять надлишок води та розчинені продукти обміну, виконуючи осморегуляцію;

• клітинний рот і порошиця — постійні структури для захоплення їжі та виведення неперетравлених решток (характерні для інфузорій).

Покриви тіла

В амеби протея тіло вкрите лише плазматичною мембраною, тому форма тіла непостійна — вона постійно змінюється через утворення псевдоніжок. В інфузорії-туфельки під плазматичною мембраною розташований комплекс підповерхневих структур — пелікула, яка надає тілу сталої форми, схожої на підошву туфлі.

Спільні процеси життєдіяльності

Дихання в одноклітинних гетеротрофів відбувається всією поверхнею тіла: кисень надходить у клітину, а вуглекислий газ виводиться назовні шляхом дифузії. Виділення продуктів обміну також частково відбувається через поверхню тіла, а надлишок води й розчинені продукти обміну виводяться скоротливими вакуолями.

Подразливість — здатність реагувати на зміни середовища — проявляється у формі таксисів: руху до подразника (позитивний таксис) або від нього (негативний таксис). Наприклад, амеба повзе до скупчення бактерій (їжі) й відповзає від кристалика солі чи яскравого світла.

Деякі одноклітинні здатні до інцистування — утворення цисти, тобто щільної захисної оболонки, у якій обмін речовин сповільнюється. Це допомагає пережити несприятливі умови (висихання водойми, зниження температури). Цисти дизентерійної амеби, наприклад, забезпечують виживання поза організмом хазяїна й поширення інфекції.

Амеба протей (Amoeba proteus) — один із найвідоміших вільноживучих одноклітинних гетеротрофів. Вона мешкає на дні прісних водойм — ставків, озер, калюж — серед мулу й гнилого листя. Розмір амеби може сягати 0,5 мм, тож її можна побачити під мікроскопом навіть за невеликого збільшення.

Будова клітини

Форма тіла амеби непостійна, бо вона вкрита лише плазматичною мембраною. Цитоплазма чітко поділяється на два шари: зовнішній прозорий шар — ектоплазму, і внутрішній зернистий — ендоплазму, у якій містяться органели. Амеба має одне ядро, яке регулює всі процеси життєдіяльності.

Рух — псевдоніжками

Амеба рухається за допомогою псевдоніжок (несправжніх ніжок, псевдоподій). Цитоплазма випинається в певному напрямку, утворюючи вип'ячування, а потім решта цитоплазми перетікає в це вип'ячування. Тіло амеби наче перетікає з місця на місце — такий спосіб руху називають амебоїдним. Псевдоніжки утворюються в різних напрямках, тому амеба може змінювати траєкторію руху.

Живлення — фагоцитоз і піноцитоз

Амеба живиться бактеріями, одноклітинними водоростями, дрібними найпростішими. Процес захоплення їжі називається фагоцитозом: псевдоніжки оточують здобич з усіх боків, змикаються навколо неї, і частинка їжі опиняється всередині клітини в травній вакуолі. До травної вакуолі з лізосом надходять травні ферменти, які розщеплюють органічні речовини. Поживні речовини всмоктуються в цитоплазму, а неперетравлені рештки викидаються назовні через будь-яку ділянку поверхні тіла.

Крім фагоцитозу, амеба здатна до піноцитозу — поглинання крапель рідини з розчиненими в ній речовинами. Для цього на поверхні клітини утворюються тонкі канальці, які втягують рідину всередину.

Скоротлива вакуоля й осморегуляція

Оскільки амеба живе в прісній воді, концентрація розчинених речовин у її цитоплазмі значно вища, ніж у навколишньому середовищі. Тому вода постійно надходить у клітину шляхом осмосу. Якби цей процес не регулювався, клітина могла б набрякнути й луснути. Скоротлива вакуоля збирає надлишок води разом із розчиненими продуктами обміну й періодично виштовхує його назовні. Це явище називають осморегуляцією.

Цікаво: у морських амеб скоротливої вакуолі зазвичай немає, бо концентрація солей у морській воді близька до концентрації речовин у цитоплазмі, тому надлишок води в клітину не надходить.

Розмноження

Амеба протей розмножується лише нестатевим способом — поділом клітини навпіл. Спочатку мітозом ділиться ядро, а потім цитоплазма перетяжкою поділяється на дві дочірні клітини. Кожна дочірня клітина отримує повний набір органел і ядро. Статевий процес для амеби протея в межах шкільної програми не описують.

Інфузорія-туфелька (Paramecium caudatum) — одноклітинний гетеротрофний еукаріот, який мешкає в прісних водоймах. Її довжина становить 0,1–0,3 мм. Тіло має сталу форму, що нагадує підошву туфлі, завдяки пелікулі — комплексу плазматичної мембрани й підповерхневих структур.

Покриви й органели руху

Пелікула забезпечує сталість форми тіла. Уся поверхня інфузорії вкрита тисячами війок — коротких цитоплазматичних виростів, які б'ють узгоджено, хвилеподібно. Завдяки цьому інфузорія пливе тупим кінцем уперед, обертаючись навколо поздовжньої осі. Під пелікулою розташовані трихоцисти — захисні структури, які в разі небезпеки «вистрілюють» назовні тонкими нитками; ці нитки відштовхують хижака й допомагають інфузорії втекти.

Живлення

Інфузорія-туфелька живиться бактеріями та дрібними органічними частинками. Війки навколоротової заглибини створюють течію води, яка заганяє частинки їжі до клітинного рота (цитостома). Далі їжа потрапляє в клітинну глотку (цитофаринкс), на дні якої утворюється травна вакуоля. Травна вакуоля відривається від глотки й рухається з течією цитоплазми, перетравлюючи їжу за допомогою ферментів. Поживні речовини всмоктуються в цитоплазму, а неперетравлені рештки виводяться через порошицю — постійний отвір на поверхні тіла.

Скоротливі вакуолі

В інфузорії-туфельки є дві скоротливі вакуолі — передня й задня. Кожна з них має привідні канали, що променями розходяться в цитоплазму й збирають воду. Вакуолі скорочуються по черзі, виводячи назовні надлишок води та розчинені продукти обміну. Це забезпечує осморегуляцію, необхідну для життя в прісній воді.

Два ядра

Інфузорія-туфелька має два ядра, які виконують різні функції:

• Велике ядро (вегетативне, макронуклеус) — керує процесами життєдіяльності: синтезом білків, обміном речовин, ростом клітини.

• Мале ядро (генеративне, мікронуклеус) — зберігає спадкову інформацію й бере участь у статевому процесі (кон'югації).

Нестатеве розмноження

За сприятливих умов інфузорія розмножується нестатевим способом — поперечним поділом навпіл. Мале ядро ділиться мітозом, велике — перетяжкою (амітозом). Потім цитоплазма перешнуровується, і утворюються дві дочірні особини.

Кон'югація — статевий процес

Кон'югація — це статевий процес, під час якого дві інфузорії тимчасово з'єднуються цитоплазматичним містком. Послідовність подій така:

1. Велике ядро кожної особини руйнується.

2. Мале ядро ділиться мейозом, утворюючи чотири гаплоїдних ядра.

3. Три з чотирьох ядер руйнуються, одне залишається.

4. Ядро, що залишилося, ділиться мітозом на стаціонарне й мігруюче.

5. Мігруючі ядра обох інфузорій обмінюються через цитоплазматичний місток.

6. Мігруюче ядро зливається зі стаціонарним, утворюючи диплоїдне ядро.

7. З нового ядра відновлюються велике й мале ядра.

Після кон'югації кількість особин не зростає — дві інфузорії розходяться, кожна з оновленим і комбінованим спадковим матеріалом. Тому кон'югація не є розмноженням, а саме статевим процесом, який забезпечує генетичну різноманітність.

Порівняльна таблиця: амеба протей — інфузорія-туфелька

Подразливість — таксиси

Одноклітинні гетеротрофи реагують на подразники середовища за допомогою таксисів — спрямованих рухів. Амеба протей виявляє позитивний таксис до їжі (бактерій) і негативний — до кристалика кухонної солі та яскравого світла. Інфузорії-туфельки збираються біля скупчень бактерій, відпливають від кристалика солі й обходять перешкоди. Цю реакцію можна спостерігати під мікроскопом, якщо покласти кристалик солі біля краю краплі води з інфузоріями — вони почнуть відпливати в протилежний бік.

Інцистування

Інцистування — це перехід деяких одноклітинних у захищений стан — цисту. Циста має щільну оболонку, яка захищає клітину від висихання, перепадів температури та інших несприятливих чинників. Обмін речовин у цисті сповільнюється. Коли умови знову стають сприятливими, клітина залишає цисту й повертається до активного життя.

Важливо: програма НМТ згадує інцистування серед процесів життєдіяльності одразу після амеби протея й інфузорії-туфельки, а шкільні підручники описують, що за несприятливих умов амеба протей утворює цисту, тож на НМТ спирайся на цю версію. У фаховій літературі утворення цист саме в амеби протея й інфузорії-туфельки надійно не підтверджене. Цисти дизентерійної амеби ще й забезпечують поширення інфекції (тема наступного уроку).

Роль у природі

Вільноживучі одноклітинні гетеротрофи відіграють важливу роль у водних екосистемах. Вони споживають бактерії та дрібні водорості, очищуючи воду. Самі вони слугують їжею для дрібних ракоподібних, коловерток і мальків риб. Культури інфузорій спеціально розводять як стартовий корм для мальків в акваріумістиці.

Приклад 1. Функція скоротливої вакуолі інфузорії-туфельки

На рисунку інфузорії-туфельки позначено зірчасту структуру з променями-каналами. Яку функцію вона виконує?

• А) перетравлення їжі

• Б) видалення неперетравлених решток

• В) виведення надлишку води (осморегуляція)

• Г) зберігання спадкової інформації

Розв'язання: Зірчаста структура з променями-каналами — це скоротлива вакуоля з привідними каналами. Вона збирає надлишок води з цитоплазми й виводить його назовні, забезпечуючи осморегуляцію. Перетравлення їжі — функція травної вакуолі (А — дистрактор). Видалення неперетравлених решток — функція порошиці (Б — дистрактор). Зберігання спадкової інформації — функція ядер (Г — дистрактор).

Відповідь: В.

Приклад 2. Логічні пари: органела — функція

Установи відповідність між органелою інфузорії-туфельки (1–4) та її функцією (А–Д):

Розв'язання: Велике ядро (макронуклеус) керує синтезом білків і обміном речовин → А. Мале ядро (мікронуклеус) зберігає спадкову інформацію й бере участь у кон'югації → Б. Порошиця — постійний отвір для виведення неперетравлених решток → В. Травна вакуоля перетравлює їжу за допомогою ферментів → Г. Функція Д (виведення надлишку води) належить скоротливій вакуолі, якої немає в списку ліворуч, тому вона зайва.

Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В, 4–Г.

Приклад 3. Три групи: характеристика інфузорії-туфельки

Організм має сталу форму тіла й два ядра. Визнач для нього:

• 1) органелу руху: псевдоніжки / війки / джгутик;

• 2) спосіб видалення неперетравлених решток: будь-якою ділянкою поверхні / через порошицю / через скоротливу вакуолю;

• 3) статевий процес: кон'югація / злиття гамет у кишечнику комара / відсутній.

Розв'язання: Стала форма тіла й два ядра — ознаки інфузорії-туфельки. Її органела руху — війки. Неперетравлені рештки виводяться через порошицю. Статевий процес — кон'югація. Псевдоніжки характерні для амеби, джгутик — для джгутиконосців (не розглядаються в цьому уроці). Видалення решток будь-якою ділянкою поверхні — ознака амеби. Злиття гамет у кишечнику комара — частина життєвого циклу малярійного плазмодія (наступний урок).

Відповідь: війки — порошиця — кон'югація.

Приклад 4. Два судження учнів

Андрій: «Під час кон'югації кількість інфузорій збільшується». Соломія: «Циста дизентерійної амеби допомагає зберігатися поза організмом хазяїна». Хто має рацію?

• А) обидва учні

• Б) лише Андрій

• В) лише Соломія

• Г) жоден

Розв'язання: Андрій помиляється: під час кон'югації кількість особин не збільшується — дві інфузорії обмінюються спадковим матеріалом і розходяться, їхня кількість залишається тією самою. Соломія має рацію: циста дизентерійної амеби — це захисна стадія, яка дозволяє паразиту виживати в зовнішньому середовищі поза організмом хазяїна й поширюватися.

Відповідь: В (лише Соломія).

Приклад 5. Чому в морських амеб немає скоротливої вакуолі?

Чому в морських амеб скоротливої вакуолі зазвичай немає?

• А) морські амеби не дихають

• Б) надлишок води виводять травні вакуолі

• В) концентрація солей у морській воді близька до концентрації речовин у цитоплазмі, тому надлишок води в клітину не надходить

• Г) морська вода не проникає крізь мембрану

Розв'язання: Скоротлива вакуоля потрібна для виведення надлишку води, який надходить у клітину осмотично. У прісній воді концентрація речовин у цитоплазмі вища, ніж у середовищі, тому вода постійно входить у клітину. У морській воді концентрація солей близька до концентрації речовин у цитоплазмі, тому осмотичного надходження води майже не відбувається, і скоротлива вакуоля не потрібна. Дистрактори: А — амеби дихають усією поверхнею тіла; Б — травні вакуолі перетравлюють їжу, а не виводять воду; Г — морська вода проникає крізь мембрану, але осмотичного градієнта майже немає.

Відповідь: В.

• Плутають скоротливу вакуолю (виводить надлишок води, осморегуляція) з травною вакуолею (перетравлює їжу). Запам'ятай: скоротлива вакуоля регулює водний баланс, травна — перетравлює їжу.

• Вважають кон'югацію розмноженням. Насправді кон'югація — статевий процес, під час якого кількість особин не збільшується. Відбувається лише обмін і оновлення спадкового матеріалу.

• Плутають велике (вегетативне) і мале (генеративне) ядра інфузорії. Велике ядро керує повсякденними процесами життєдіяльності, мале зберігає спадкову інформацію й бере участь у кон'югації.

• Приписують амебі клітинний рот і порошицю, а інфузорії — захоплення їжі будь-якою ділянкою тіла. Насправді амеба захоплює їжу будь-де (фагоцитоз) і викидає рештки будь-де, а інфузорія має клітинний рот для захоплення їжі та порошицю для виведення решток.

• Вважають цисту способом розмноження. Циста — це захисна стадія для переживання несприятливих умов, а не спосіб розмноження. У цисті обмін речовин сповільнюється, але поділу клітини не відбувається.

• Вважають, що одноклітинні дихають скоротливою вакуолею. Дихання в одноклітинних відбувається всією поверхнею тіла шляхом дифузії. Скоротлива вакуоля не бере участі в газообміні.

Тема 3.10 програми НМТ з біології вимагає знати середовища існування й розмноження, будову амеби протея та інфузорії-туфельки (вакуолі, псевдоніжки, війки, вегетативне й генеративне ядро). Поняття цисти стосується теми одноклітинних загалом. Важливо вміти візуально розпізнавати ці організми й елементи їхньої будови на рисунках.

У демоваріанті НМТ-2026 тема 3.10 є основною в завданні № 13 (вибір однієї відповіді з чотирьох, 1 бал) і додатковою в завданні № 4 («два судження учнів» за рисунком, основна тема 1.3).

Офіційного розподілу тем за формами немає, тож тема може трапитися в таких форматах:

• Вибір однієї відповіді з чотирьох (завдання 1–24, 1 бал): саме так тему перевіряли в демо 2026 (№ 13 і № 4).

• Логічні пари (завдання 25–28): 1–4 → А–Д, одна буква зайва, до 4 балів. Наприклад, «органела → функція».

• Три групи (завдання 29–30): у кожній групі одна правильна відповідь, 1 бал за кожну, до 3 балів. У демо 2026 по три варіанти в групі, відповідь — тризначне число.

Стратегія для завдань із трьома групами

Спершу впізнай організм за органелою руху й формою тіла. Якщо на рисунку зображено організм зі сталою формою тіла й війками — це інфузорія-туфелька. Якщо форма непостійна й видно псевдоніжки — це амеба протей. Помилка на цьому етапі потягне за собою помилки в усіх трьох групах, тому що відповіді в групах залежать від того, який саме організм розглядається.

• Амеба протей рухається псевдоніжками, живиться фагоцитозом і піноцитозом, розмножується поділом навпіл.

• Інфузорія-туфелька має сталу форму завдяки пелікулі, рухається за допомогою війок, має клітинний рот, порошицю й два ядра.

• Травна вакуоля перетравлює їжу, скоротлива вакуоля виводить надлишок води й підтримує осмотичний тиск.

• Велике ядро інфузорії керує життєдіяльністю (вегетативне), мале зберігає й передає спадкову інформацію (генеративне).

• Кон'югація — статевий процес без збільшення кількості особин; забезпечує генетичну різноманітність.

• Дихання в одноклітинних — усією поверхнею тіла шляхом дифузії.

• Циста — захисна стадія для переживання несприятливих умов, а не спосіб розмноження.

• Подразливість проявляється таксисами: рух до їжі (позитивний) або від кристалика солі (негативний).