Загадки моря: чем уникальна одна из самых больших клеток в мире валония пузатая
В водах Мирового океана почти во всех уголках земного шара можно найти удивительные зеленоватые «капли», состоящие из студенистого вещества. Это валония пузатая (лат. Valonia ventricose), самая настоящая одноклеточная водоросль. Вот только клетка ее поистине гигантских размеров.
Что это за водоросль — валония пузатая?
Валония пузатая — это одноклеточный многоядерный организм, который относится к отделу зеленых водорослей. Форма валонии может меняться от округлой до овальной, в то время как ее окраска изменяется от зеленовато-травянистого до темно-зеленого оттенка.
В воде окрас организма может казаться серебристым или похожим на цвет морской волны, а иногда — на черноватый. Интенсивность цвета определяется количеством хлоропластов, находящихся внутри клеток валонии пузатой. Поверхность водорослей имеет зеркальный блеск, напоминающий стекло. Таллом, основная структурная единица, представляет собой прочную и сложную клетку с большим количеством ядер. Диаметр таких клеток колеблется от 1 до 4 см, иногда достигая 5,1 см.
Пузырь валонии пузатой прикреплен к субстрату через особые структуры, называемые ризоидами. Размножение происходит путем особых клеточных делений, при которых многоядерная материнская клетка вырабатывает новые дочерние клетки. Так, индивидуальные ризоиды формируют новые пузыри и отделяются от родительского организма.
Интересно, что поначалу это растение связывали с пузатой валонией, принадлежащей семейству валониевых (Valonia). Однако в 1988 году она была выделена в отдельный род Ventricaria, который относится к семейству сифонокладовых (Siphonocladales), — все из-за отличий в размножении и способности к восстановлению. Кроме того, водоросли рода Valonia являются многоклеточными, но так же состоят из достаточно крупных клеток с диаметром до 7 мм. Важно подчеркнуть, что в актуальных научных исследованиях пузатую валонию чаще именуют Ventricaria ventricosa.
Особенности водоросли
- Места обитания. В большинстве случаев валония пузатая растет в одиночку и только редко встречается в группах. Они, в свою очередь, возникают в морской зоне тропических и субтропических районов, таких как Карибские острова, северное побережье Флориды, южное побережье Бразилии и в регионе Индийского и Тихого океана. Часто водоросль можно отыскать в коралловых образованиях, а также — на глубине до 80 метров.
- Размножение. Размножается валония с помощью сегрегативного деления. Сначала протоплазма сжимается, разделяясь на отдельные многоядерные части разных размеров и форм, которые округляются и покрываются собственной оболочкой. Сформировавшиеся сегменты, при этом, остаются внутри материнской клетки, — в конечном итоге она дегенерирует, освобождая молодые клетки.
Одним из основных признаков этого типа размножения отмечают полную независимость образования перегородок от деления ядер, в то время как у других водорослей обычное клеточное деление начинается с деления ядра. Во время процесса локальное скопление ядер и хлоропластов отделяется куполообразной клеточной стенкой, формируя небольшую дочернюю клетку в форме линзы. Если дочерняя клетка образуется из верхней части материнской клетки, то она развивается в латеральную клетку (что выглядит как отросток), если же образуется у основания таллома, то превращается в ризоид.
- Жизнь клетки. Существование огромного одноклеточного организма, такого как валония, вызывает интерес еще и тем, что увеличение размера ее клетки влияет на соотношение между объемом и поверхностью. Объем клетки увеличивается пропорционально кубу ее размера, тогда как площадь поверхности увеличивается только в квадрате.
Это приводит к проблеме для клетки, так как с увеличением ее размеров становится сложнее избавляться от продуктов обмена веществ. Поскольку скорость диффузии зависит от площади поверхности, продукты жизнедеятельности не могут выводиться эффективно, — это может привести к гибели клетки.
Однако валония пузатая обладает особенностью, позволяющей ей преодолеть это препятствие. Этой водоросли удалось развить специальные структуры, нити или трубочки, которые помогают обеспечить большую площадь поверхности для эффективного выведения продуктов обмена веществ. Эти структуры совершают необычное движение, создавая циркуляцию жидкости вокруг клетки и способствуя более эффективной диффузии.
Чем уникальна валония пузатая?
Мы привыкли к тому, что одноклеточные существа настолько малы, что их невозможно увидеть невооруженным взглядом. Но у валонии есть собственный секрет успеха, хоть и стоит отметить, что взрослые особи варьируются в размерах от подшипника до глазного яблока человека. Все дело в том, что в состав водоросли входят сразу несколько цитоплазматических доменов, каждый со своим ядром и хлоропластами.
Таким образом, что если попытаться раздавить такую «морскую виноградину», то она не лопнет как шарик, полный органелл. На самом деле, как и в случае с дождевыми червями, вы скорее всего спровоцируете появление нескольких новых валоний, потому что для успешного роста им нужно всего одно ядро.
Получается, что у клетки валонии пузатой есть способность к восстановлению своей структуры путем регенерации даже при повреждении клеточной стенки. В случае травмы или разрезании клетки цитоплазма образует специальную сеть, состоящую из тонких нитей, связывающих отдельные протопласты с органеллами. Эти протопласты затем регенерируют клеточные стенки, восстанавливая структуру клетки. Однако новые клетки образуются только из протопластов, которые содержат ядро. Это отличает вентрикарию от других водорослей, которые не обладают способностью к регенерации, как мы рассказывали выше.
Цитоплазматический домен, отделяющийся от клетки, имеет возможность «вырастить» свою клетку. Это обеспечивает валонии возможность образования новых клеток и увеличения их числа. Также при повреждении клеточной стенки, протопласт покрывается сульфатированной полисахаридной слизью, которая помогает затянуть поврежденный участок клеточной стенки. Позднее этот участок снова покрывается целлюлозой, что способствует восстановлению и регенерации клетки.
Все эти особенности вентрикарии были изучены в лаборатории. Ученые проводили эксперименты, разрезая или прокалывая клетку и наблюдая за процессом регенерации. Они обнаружили, что цитоплазма образует сложную сеть из нитей, соединяющих протопласты с органеллами. Через некоторое время эти нити разрываются, оставляя многочисленные отдельные протопласты. Затем эти протопласты регенерируют клеточные стенки и формируют новые клетки. Однако для образования новой клетки необходимо наличие ядра в протопласте.