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原生动物是动物界中最原始、最低等的一类动物,它们大多是单细胞的有机体。从细胞结构上看,原生动物的单细胞相似于多细胞动物身体中的一个细胞,它也可以区分成细胞质(cytop-lasm)及细胞核(nucleus),细胞质的表面还有细胞膜(cell me-mbrane)包围。从机能上看,原生动物的这个细胞又是一个完整的有机体,它能完成多细胞动物所具有的生命机能,例如营养、呼吸、排泄、生殖及对外界刺激产生反应,这些机能由细胞或由细胞特化而成的细胞器(organelles)来执行。所以不同的细胞器在机能上相当于多细胞动物体内的器官及系统。它们是在不同的结构水平上执行着相同的生理机能。构成原生动物的这个细胞在结构与机能上分化的多样性及复杂性是多细胞动物中任何一个细胞无法比拟的,所以从细胞水平上说,构成原生动物的细胞是分化最复杂的细胞。 极少数原生动物是由几个或许多个细胞组成,细胞之间可能没有形态与机能的分化,也可能出现了初步的形态机能的分化,但每个细胞仍然保持着一定的独立性,我们把这类原生动物称为群体(colony),例如盘藻(Gonium)、杂球藻(Pleodorina)等。
第一节 原生动物的一般形态、生理及分纲 一、一般形态及生理
绝大多数的原生动物是显微镜下的小型动物,最小的种类体长仅有2—3μm,例如寄生于人及脊椎动物网状内皮系统细胞内的利什曼原虫(Leishmania),大型的种类体长可达7cm,例如海产的某些有孔虫类(Foraminifera),淡水生活的旋口虫(Spiro-stomum)可达3mm,新生代化石有孔虫例如钱币虫(Nummulites)竟达19cm,这是原生动物在个体大小上曾经达到过的最大记录。但是大多数的原生动物体长在300μm以下,例如草履虫(Param-oecium),在150—300μm之间。
原生动物的体形随种及生活方式表现出多样性,一些种类身体没有固定的形态,身体的表面只有一层很薄的原生质膜(Plas-malemma),因而能使细胞的原生质流动而不断地改变体形,例如变形虫(Amoeba)。多数的种类有固定的体形。眼虫(Eugle-na)由于体表的细胞膜内蛋白质增加了厚度及弹性形成了皮膜(pellicle),使身体保持了一定的形状。皮膜的弹性使身体可以适当的改变形状。衣滴虫(Chlamydomonas)的细胞外表是由纤维素及果胶组成,因而形成了和植物一样的细胞壁,体形不能改变。原生动物的体形与生活方式相关,例如固着生活的种类,身体多呈锥形、球形,有柄,柄内有肌丝纤维,可使虫体收缩运动,钟形虫(Vorticella),足吸管虫(Podophrya)就是这种体形。漂浮生活的种类,身体多呈球形,并伸出细长的伪足,以增加虫体的表面积,例如辐射虫(Actinosphaerium)及某些有孔虫。营游泳生活的种类,身体呈棱形,例如草履虫(Paramoeci-um)。适合于底栖爬行的种类,身体多呈扁形,腹面纤毛联合形成棘毛用以爬行,例如棘尾虫(Stylonychia)。营寄生生活的种类或者失去了鞭毛,如利什曼原虫,或者鞭毛借原生质膜与身体相连形成波动膜(undulating membrane),以增加鞭毛在血液或体液中运动的能力,例如锥虫(Trypanosoma)。
一些种原生动物能分泌一些物质形成外壳或骨骼以加固体形,例如薄甲藻(Glenodinium)能分泌有机质,在体表形成纤维素板;錶壳虫(Arcella)能分泌几丁质形成褐色外壳;砂壳虫(Difflugia)能在体表分泌蛋白质胶,再粘着外界的砂粒形成一砂质壳;有孔虫可以分泌碳酸钙形成壳室;而放射虫类(Radiolaria)可在细胞质内分泌形成几丁质的中心囊,并有硅质或锶质骨针伸出体外以支持身体,例如等棘骨虫(Acanthom-etra)。
原生动物的细胞质可以分为外质(ectoplasm)和内质(end-oplasm)。外质透明清晰、较致密,内质不透明,其中含有颗粒。在变形虫中这种区分很明显,并能看到外质与内质可以互相转化。由外质还可以分化出一些细微结构,例如腰鞭毛虫类可分化出刺丝囊(nematocyst);丝孢子虫类可分化出极囊(polar caps-ule);纤毛虫类可分比出刺丝泡(trichocyst)、毒泡(toxicyst);这些结构在受到刺激时,可放出长丝以麻醉或刺杀敌人,或用以固着,具有攻击和防卫的功能。一些纤毛虫类外质还可分化成肌丝(myoneme),肌丝是由许多可收缩的纤维组成,例如钟形虫的柄部,外质也参与构成运动细胞器,例如鞭毛、纤毛及伪足等。
内质中包含有细胞质特化形成的执行一定机能的细胞器,例如色素体(chromatophore)、眼点(stigma)、食物泡( food va-cuole)、伸缩泡(contractile vacuole)等以及细胞结构、线粒体、高尔基体等。
原生动物的细胞核位于内质中,除了纤毛虫类之外,均有一种类型的核。在一个虫体内,核的数目可以是一个或多个。在电子显微镜下观察证明核的外层是一双层膜结构,其上有小孔,可使核基质与细胞质相沟通。核膜内包含有核基质、染色质及核仁。如果核内染色质丰富、均匀而又致密的散布在核内,这种细胞核称为致密核(massive nucleus),如果核质较少,不均匀的散布在核膜内,这种核称为泡状核(vesicular nucleus)。纤毛虫具有两种类型的核,大核(macronucleus)与小核(micronucleus)其大核是致密核,含有RNA,有表达的功能;小核通常是泡状核,含有DNA,无表达功能,与纤毛虫的表型无关,而与生殖有关,也称生殖核。
原生动物的运动是由运动细胞器进行,运动细胞器有两种类型,一种是鞭毛(flagellum)及纤毛(cilium);一种是伪足(ps-eudopodium),它们运动的方式不同。
鞭毛与纤毛从结构与机能上两者没有明显的区别,用电子显微镜的观察证明它们的结构是相同的,只是鞭毛更长(5—200μm)、数目较少(多鞭毛虫类除外),多数鞭毛虫具有1—2根鞭毛。纤毛较短(3—20μm)、数目很多。鞭毛与纤毛的直径是固定的,两者直径的差别在0.1—0.3μm之间。鞭毛的摆动是对称的,包括几个左右摆动的运动波;纤毛的运动是不对称的,仅包括一个运动波。
鞭毛与纤毛的外表是一层外膜,它与细胞的原生质膜相连(图2-1A),膜内共有11条纵行的轴丝,其中9条轴丝从横断面上排成一圈,称为外围纤维(peripheral fibrils)。每条外围纤维是由两个亚纤维(subfibrils)组成双联体(图2-1B),其中一个亚纤维不成管状,断面看具有两个腕,腕的方向均为顺时针排列。在9条外围纤维的中间有两条中心纤维(central fibrils),中心纤维是单管状,外面有中心鞘包围。这就是鞭毛及纤毛轴丝排列的“9+2”模式。9个外围纤维在进入细胞质内形成一筒状结构,称为毛基体(kinetosome),或称生毛体(blephroplast)。每根外围纤维变成3个亚纤维,成车轮状排列(图2-1C)。而中心纤维在进入细胞质之前终止。毛基体向细胞内伸出纤维称为根丝体(rhizoplast)终止在细胞核或其附近。毛基体的结构与中心粒相似,在细胞分裂时,毛基体也可起中心粒的作用。纤毛由于数量很多,在毛基体之间都有动纤丝(kinetodesma)相联,构成一个下纤列系统(infraciliature)(详见纤毛虫纲)进行纤毛间的协调动作。
不仅原生动物的鞭毛与纤毛有相似的结构,所有后生动物精子的鞭毛、海绵动物领鞭毛细胞的鞭毛、扁形动物原肾细胞中的鞭毛都有相似的结构,这可作为各类动物之间有亲缘关系的一个例证。鞭毛与纤毛除了运动功能之外,它们的摆动,可以引起水流、利于取食、推动物质在体内的流动,另外它们也具有某些感觉的功能。
伪足也是一种运动细胞器,它是由原生质的流动而形成,所以伪足及体形都可改变形状,伪足可用来在物体表面上爬行运动。伪足的形成与运动是由细胞质内微丝的排列而决定。伪足的形状可以是叶状、针状、网状等。
原生动物的营养方式(nutrition)。原生动物包含了生物界的全部营养类型:在植鞭毛虫类,内质中含有色素体,色素体中含有叶绿素(chlorophyll)、叶黄素(xanthophyll)等,它们的色素体像植物的色素体一样,利用日光能将二氧化碳和水合成碳水化合物,即进行光合作用,自己制造食物,这种营养方式称植物性营养(holophytic nutrition)。孢子虫类及其他一些寄生或自由生活的种类,能通过体表的渗透作用从周围环境中摄取溶于水中的有机物质而获得营养,这种营养方式称为腐生性营养(sap-rophytic nutrition)。绝大多数的原生动物还是通过取食活动而获得营养。例如,变形虫类通过伪足的包裹作用(engulment)吞噬食物;纤毛虫类通过胞口、胞咽等细胞器摄取食物,食物进入体内后被细胞质形成的膜包围成为食物泡(food vacuole),食物泡随原生质而流动,经消化酶作用使食物消化,消化后的营养物经食物泡膜进入内质中,不能消化吸收的食物残渣再通过体表或固定的肛门点(cytopyge)排出体外,这种营养方式称为动物性营养(holozoic nutrition)
绝大多数原生动物的呼吸作用(respiration)是通过气体的扩散(diffusion),从周围的水中获得氧气。线粒体是原生动物的呼吸细胞器,其中含有三羧酸循环的酶系统,它能把有机物完全氧化分解成二氧化碳和水,并能释放出各种代谢活动所需要的能量,所产生的二氧化碳还可通过扩散作用排到水中。少数腐生性或寄生的种类,它们生活在低氧或完全缺氧的环境下,有机物不能完全氧化分解,而是利用大量的糖的发酵作用产生很少的能量来完成代谢活动。
原生动物的水份调节(water regulation)及排泄(excreti-on)。淡水生活的原生动物以及某些海产或寄生的种类,随着取食及细胞膜的渗透作用,相当多的水分也随之不断的进入体内,因此需要不断的将过多的水分排出体外,否则原生动物将会膨胀致死。原生动物的伸缩泡(contractile vacuole)担任这一功能。在身体的一定部位,细胞质内过多的水分聚集,形成小泡,它由小变大,最后形成一个被膜包围的伸缩泡,当其中充满水分后,就自行收缩将水分通过体表排出体外。细胞代谢过程中所产生的含氮废物,也溶于水中进入伸缩泡排出体外,所以伸缩泡维持着体内水分的平衡并兼有排泄作用。伸缩泡的数目、位置、结构在不同类的原生动物中不同。
原生动物的生殖(reproduction)和生活史(life.cycle)。原生动物的生殖有无性生殖(asexual reproduction)及有性生殖(sexual reproduction)两种方式。无性生殖存在于所有的原生动物,在一些种类中它是唯一的生殖方式,例如锥虫。无性生殖有以下几种形式:(1)二分裂 (binary fission)是原生动物最普遍的一种无性生殖,一般是有丝分裂(mitotic),分裂时细胞核先由一个分为二个,染色体均等的分布在两个子核中,随后细胞质也分别包围两个细胞核,形成两个大小、形状相等的子体,二分裂可以是纵裂,如眼虫;也可以是横裂,如草履虫;或者是斜分裂,如角藻(Ceratium)。(2)出芽生殖(budding reproduc-tion),实际也是一种二分裂,只是形成的两个子体大小不等,大的子细胞称母体,小的子细胞称芽体。(3)多分裂(multiplefission),分裂时细胞核先分裂多次,形成许多核之后细胞质再分裂,最后形成许多单核的子体,多分裂也称裂殖生殖(schizo-gony),多见于孢子虫纲。(4)质裂(plasmotomy),这是一些多核的原生动物,如多核变形虫、蛙片虫所进行的一种无性生殖,即核先不分裂,而是由细胞质在分裂时直接包围部分细胞核形成几个多核的子体,子体再恢复成多核的新虫体。
有性生殖有两种方式:(1)配子生殖(gamogenesis),大多数原生动物的有性生殖行配子生殖,即经过两个配子的融合(syn-gamy)或受精(fertilization)形成一个新个体。如果融合的两个配子在大小、形状上相似,仅生理机能上不同,则称为同形配子(isogamete),同形配子的生殖称同配生殖(isogamy)。如果融合的两个配子在大小、形状及机能上均不相同,则称异形配子(heterogamete),根据其大小不同、分别称为大配子(macroga-mete)及小配子(microgamete),大、小配子从仅略有大小的区别,分化到形态与机能完全不同的精子(sperm)和卵(ovum)。卵受精后形成受精卵,亦称合子(zygote)。异形配子所进行的生殖称为异配生殖(heterogamy)。(2)接合生殖(conjugati-on),原生动物另一种有性生殖方式是纤毛虫所具有的接合生殖。两个二倍体虫体腹面相贴,每个虫体的小核减数分裂,形成单倍体的配子核,相互交换部分小核,交换后的单倍体小核与对方的单倍体小核融合,形成一个新的二倍体的结合核,然后两个虫体分开,各自再行有丝分裂,形成数个二倍体的新个体。
原生动物的生活史也有多种类型(图2-2)。有的种类生活史中仅有分裂生殖,从未出现过有性生殖,那么子体与母体都是单倍体(haploid),用“N”表示,例如锥虫。一些鞭毛虫及孢子虫,生活史中出现了无性生殖与有性生殖,但生活史的大部分时期为单倍体时期(N),即细胞核内染色体的数目为受精后染色体数目的1/2,受精后染色体数目比配子的多一倍,形成二倍体(diploid),用“2N”表示。其二倍体时期很短,当孢子形成时又进行减数分裂(meiosis),所以减数分裂是出现在受精作用之后(图2-2B)。如果二倍体时期延长,减数分裂仍在受精作用之后,结果单倍体与二倍体交替出现,单倍体时期为无性世代(asexual generation)。二倍体时期为有性世代(sexual generat-ion)(图2-2C),例如有孔虫就是这样。原生动物的纤毛虫类及多细胞动物生活史的绝大部分时期为二倍体,减数分裂发生在受精作用之前(图2-2D),减数分裂之后才产生单倍体的配子,配子在受精作用之后个体又立刻进入二倍体时期。 二、原生动物的生态
原生动物的分布是十分广泛的,淡水、海水、潮湿的土壤、污水沟、甚至雨后积水中都会有大量的原生动物分布,以致从两极的寒冷地区到60℃温泉中都可以发现它们。另外往往相同的种可以在差别很大的温度、盐度等条件下发现,说明原生动物可以逐渐适应改变了的环境,具有很强的应变能力。许多原生动物在不利的条件下可以形成包囊(cyst),即体内积累了营养物质、失去部分水分、身体变圆、外表分泌厚壁、不再活动。包囊具有抵抗干旱、极端温度、盐度等各种不良环境的能力,并且可藉助于水流、风力、动、植物等进行传播,在恶劣环境下甚至可存活数年不死,而一旦条件适合时,虫体还可破囊而出,甚至在包囊内还可以进行分裂、出芽及形成配子等生殖活动。所以许多种原生动物在分布上是世界性的。
但是原生动物的分布也受各种物理、化学及生物等因素的限制,在不同的环境中各有它的优势种,也就是说不同的原生动物对环境条件的要求也是不同的。水及潮湿的环境对所有原生动物的生存及繁殖都是必要的,原生动物最适宜的温度范围是20—25℃,过高或过低温度的骤然变化会引起虫体的大量死亡,但如果缓慢地升高或降低,很多原生动物会逐渐适应正常情况下致死的温度。淡水及海水中的原生动物都有它自己最适宜的盐度范围。一些纤毛虫可以在很高盐度的环境中生存,甚至在盐度高达20—27%的盐水湖中也曾发现原生动物。中性或偏碱性的环境常具有更多的原生动物。此外,食物、含氧量等都可构成限制性因素,但这些环境因素往往只决定了原生动物在不同环境中的数量及优势种,而并不决定它们的存活与否。
原生动物与其他动物存在着各种相互关系;例如共栖现象(commensalism),即一方受益、一方无益也无害,纤毛虫纲的车轮虫(Trichodina)与腔肠动物门的水螅(Hydra)就是共栖关系;共生现象(symbiosis),即双方受益,例如多鞭毛虫与白蚁的共生;还有寄生现象(parasitism),即一方受益,一方受害,例如寄生于人体的痢疾变形虫等;原生动物的各纲中都有寄生种类,而孢子虫纲全部是寄生生活的。 三、原生动物门的分纲
已经记录的原生动物约有50000种,其中约有20000种为化石种。对于原生动物的分纲动物学家是有争论的,目前正在进行着讨论,很多原生动物学家主张将原生动物上升为“界”或“超门”,鞭毛虫类、纤毛虫类等列为“门”或“亚门”,本书采用为多数动物学家所接受的看法,将原生动物仍列为“门”,鞭毛虫类等仍列为“纲”,关于纲的划分也存在着分歧,为简便起见,本书将原生动物分为以下5个纲:
1.鞭毛虫纲(Mastigophora),
2.肉足虫纲(Sarcodina),
3.孢子虫纲(Sporozoa),
4.丝孢子虫纲(Cnidospora),
5.纤毛虫纲(Ciliata)。
第二节 鞭毛虫纲(Mastigophora)
本纲动物在其成年阶段都有一根、几根或许多根鞭毛作为其运动细胞器,由于它们营养方式及生殖方式的原始性和多样性,一般认为鞭毛虫纲是最原始的原生动物,通过它可以将动物界与植物界联系起来。
鞭毛虫纲可以分为两个亚纲:植鞭毛亚纲(Phytomastigina)及动鞭毛亚纲(Zoomastigina),前者都具有色素体,可行光合作用即进行植物性营养。淀粉及副淀粉是其主要的食物贮存物,有无性生殖和有性生殖,虫体通常具有2根鞭毛,体表为皮膜或纤维素细胞壁,自由生活。后者没有色素体,行动物性营养或腐生性营养,糖元是其食物贮存物,不行有性生殖,有一到数根鞭毛,虫体表面只有细胞膜,除少数种类自由生活外,多数种类在多细胞动物体内营共生或寄生生活。 一、基本形态
鞭毛虫类身体呈卵圆形、球形、长圆形等,通常能分出前后端,都以鞭毛作为运动器官,体表具细胞膜、或皮膜或细胞壁。例如眼虫(Euglena)(图 2-3),体表具有皮膜,是由一层蛋白质组成螺旋形排列的条纹,在条纹上有嵴和沟,使皮膜呈现斜纹,眼虫的皮膜很薄、富有弹性,使身体可以收缩改变形状,做眼虫式运动(euglenoid movement)。鞭毛虫缺乏明显的内质与外质的分化。
眼虫身体的前端有一凹陷的沟,称储蓄泡(reservoir)或称胞咽,但它不是取食的器官,是水的贮存处及鞭毛着生部位,基体位于它的基部,由基体伸出两根鞭毛,一根很长伸向体外,一根很短不伸出储蓄泡。
眼虫和其他一些植鞭毛虫类在身体的前端含有类胡萝卜素(carotinoid)的脂类球集合而成的红色眼点,这种色素球只有在基质中含有很少的氮及磷时才出现,否则将消失,它可以吸收光线。在鞭毛的基部具有副鞭毛体(paraflagellar body),是一种光敏感结构,当一侧的光被眼点吸收后,可使它产生一个定向的光反应,所以副鞭毛体与眼点构成了某些植鞭毛虫类的感光细胞器。
眼虫和许多淡水鞭毛虫有一个或多个伸缩泡。眼虫的伸缩泡位于身体前端,它是由几个小泡收集了细胞质内过多的水分愈合而成,当伸缩泡充满水分之后,排到储蓄泡中,再通过其开口排到体外。某些鞭毛虫没有储蓄泡,则伸缩泡内的水分通过体表排到体外。海洋或寄生的种类伸缩泡不发达或完全不存在。
眼虫及其他植鞭毛虫类,细胞内散布有形状、数目不等的色素体,眼虫的色素体中含有叶绿素a和b,胡萝卜素(carotin)和叶黄素,使虫体也表现出绿色。有些植鞭毛虫的叶绿素被其他色素所隐蔽,而使鞭毛虫表现出黄绿色或黄褐色等,与色素体常伴随出现的是淀粉核(pyrenoid),它对副淀粉体的形成起作用。
大多数鞭毛虫具有一个大的细胞核,位于身体的近后端,少数种类具有2个核,核内有核内质(endosome)。眼虫的细胞核在分裂间期时染色质浓缩,分裂过程中不行成纺锤体,核膜不消失,这是很原始的现象。 二、鞭毛与运动
鞭毛虫纲是以鞭毛作为运动器官,当鞭毛虫有两根或许多根鞭毛时,它们等长或不等长,如果不等长,其中一根起主导作用,另一根是附属的,例如囊杆虫(Peranema)(图2-4)。眼虫在运动时也是一根鞭毛起作用。
许多植鞭毛虫的鞭毛可向一侧或两侧伸出许多平行排列的细丝,称茸鞭茸毛(mastigonemes)(图2-5),具有两根不等长鞭毛的种类,一般主鞭毛是茸鞭茸毛,它的作用可能是逆转水的推动力。
一些寄生的鞭毛虫其鞭毛不是游离的,它由基体发生之后,与身体表面的细胞质膜之间有一原生质相连,在电子显微镜下观察,是成行密集排列的丝状结构连接在鞭毛与细胞之间,鞭毛的末端,离开身体之后是游离的,例如锥虫(图2-6),这样的结构有利于鞭毛虫在粘滞性很高的血液或体液中运动。
鞭毛运动的机制尚不十分清楚,不同的种类其鞭毛使用的方法并不完全相同。早期的理论认为鞭毛在运动时是螺旋旋转,像推进器一样推动身体前进。现在知道鞭毛运动更多的是划动(rowing)及波动(undulating)。划动是鞭毛与附着点成直角方向在水中甩动(图2-7A),随之是鞭毛的恢复打动(图2-7B)。借助于鞭毛甩动时水流的反作用力推动身体前进,并沿身体的纵轴向前旋转前进,或左右摆动前进。波动运动是鞭毛在一个平面上呈波状摆动(图2-7C、D)。如果波状摆动是由鞭毛的基部向端部发生,则驱使身体向相反的方向运动,即推动身体向后运动。如果波动是由鞭毛的端部向基部进行,则推动身体向前运动,在有两个鞭毛的种类,运动的方向及路线是由主鞭毛决定的。
关于鞭毛的结构与运动机制、人们普遍认为不是由于鞭毛中微管纤维的收缩,因为它们在运动中并不改变长度,而是由成双联体的两个亚纤维彼此滑动,引起鞭毛的弯曲,而亚纤维的滑动也像肌纤维的微丝滑动一样,并且也是利用三磷酸腺苷(ATP)为能源。
三、营养
鞭毛虫类除了没有化学合成营养物之外,可以行各种营养方式。植鞭毛虫类均行植物性营养,也称自养(autotrophs);动鞭毛虫类行动物性或腐生性营养,或两者兼行;统称为异养(heterotrophs)。实际上对许多植鞭毛虫并不能严格地区分自养与异养。例如眼虫在光照条件下,它能自行合成有机物,如把眼虫放在黑暗中饲养一段时间之后,眼虫的叶绿素会逐渐消失,而改行腐生性营养,如果把眼虫再放回光照条件下,它又可重新出现叶绿素,又恢复自养。一些腰鞭毛虫类及金滴虫类可以兼行自养与异养。有一种棕鞭毛虫(Ochromonas)甚至可以兼行自养、动物性营养及腐生性营养三种营养方式。严格的异养仅出现在动鞭毛亚纲,它们或进行吞噬,或在鞭毛的基部形成胞咽取食。
营养实验研究表明,鞭毛虫类比其他的原生动物的营养需求更简单。植鞭毛虫类生活的环境中只要有适当伪氮源及碳源,它就可以合成所需要的蛋白质;腐生性的鞭毛虫要求环境中有氨盐,就可以合成蛋白质;在营动物性营养的鞭毛虫则要求环境中有氨基酸及蛋白胨以合成所需要的蛋白质。其他纲原生动物则需要现成的食物(蛋白质),其自行合成食物的生理机能已经消失。
植鞭毛虫类食物的贮存形式是植物淀粉,副淀粉体、脂肪及麦清蛋白(leucosin),动鞭毛虫类食物的贮存形式是糖元。 四、生殖
鞭毛虫类的无性生殖主要是二分裂,其中多数又是纵二分裂,例如眼虫(图2-8),细胞分裂由中心粒(centrioles)或基体的分裂开始,由每个中心粒产生一个新的基体及一根鞭毛,然后每一个新鞭毛与一个老鞭毛根部愈合,同时核也进行有丝分裂,但核膜不消失、不行成纺锤体,随后细胞质由前向后分裂,并复制新的细胞器,最后形成两个相似的子细胞。除了纵分裂,有些种类生殖时可以是:斜分裂或横裂,例如角藻;或多分裂,例如某些腰鞭毛虫类及锥虫等;也可以出现出芽生殖,例如夜光虫(Noctiluca),即由母体上可以长出许多小的芽体。
眼虫分裂时一个子细胞保留旧鞭毛,一个子细胞再复制一个新鞭毛,但也有的种原来的鞭毛完全消失,两个子细胞均产生新的鞭毛;如果虫体有几根鞭毛,分裂前部分鞭毛已经复制,分裂时再均等的分配在两个子细胞中。在多鞭毛的种,分裂时鞭毛均等的分配在两个子细胞中,然后每个子细胞再复制一定数量的鞭毛使之恢复到应有的鞭毛数。腰鞭毛虫类体表常具有甲板(armored),分裂时甲板或消失,或均等或不均等的分配到子细胞中。角藻常进行不完全的分裂,结果使多次分裂的子体连成一个长链。群体生活的种类如团藻(Volvox)分裂的结果在群体中形成子群体。总之,无性生殖的方式因种而不同。
有性生殖主要出现在植鞭毛虫类及复杂的多鞭毛虫类。它们或是同配生殖或异配生殖,例如衣滴虫(Chlamydomonas)生殖时两个虫体彼此融合(图2-9),所以虫体本身又是配子,减数分裂发生在配子融合之后,衣滴虫是同配生殖的典型例子。实球虫(Pandorina)(图2-11B)是异配生殖,融合的两个配子仅略有大小的区别,大配子仍有鞭毛。团藻是以典型的异配生殖形成精子与卵子,其精子与卵子可能来自同一个群体(雌雄同群体),也可能来自不同的群体(雌雄异群体),卵直接来自群体的生殖细胞其体积增大、没有鞭毛、不会运动。精子是由生殖细胞经多次分裂形成,精子成束、具鞭毛、能游动。卵受精之后,外面可分泌厚壁形成卵囊以越冬。
鞭毛虫类的包囊形成是很普遍的,特别是营动物性营养的种类、具叶绿素的种类较少发现包囊。 五、鞭毛虫纲的分目
1.植鞭毛亚纲(Phytomastigina)绝大多数种类具色素体,自养。鞭毛1—2根,体表具皮膜或细胞壁。行无性生殖与有性生殖,大多数营自由生活。
(1)金滴虫目(Chrysomonadida):单体或群体、个体呈瓶形、杯形、管形,甚至个别种呈变形虫状。每个个体有1—2根鞭毛,色素体l—2个、为黄色或褐色,个体外有胶质囊包围、或形成外壳。淡水及海水生活,大量存在时可使水呈鱼腥味,如钟罩虫(Dinobryon)(图2-10A)。
(2)隐滴虫目(Cryptomonadida):具二根鞭毛,前端有储蓄泡,多数种有二个色素体、呈黄色或褐色,少数种无色素体,细胞质泡状,海水或淡水生活,例如唇滴虫(Chilomonas)(图2-10B)是生活于污水中无色素体的代表种。
(3)腰鞭毛目(Dinoflagellida),具两根鞭毛,分别位于身体中部的横沟及后部的纵沟内,横沟内的鞭毛使身体旋转、纵沟内鞭毛推动身体前进。色素体黄色或褐色,少数种无色素体。一些种类体表裸露,如Gymnodinium(图2-10C),多数种类体表有纤维素形成的薄膜、或甲板,如薄甲藻(Glenodinium)(图2-10D)、膝沟藻(Gonyaulax)(图2-10E)等。眼点通常是存在的。无性生殖有的种可行横裂及斜裂,如角藻(Ceratium)(图2-10F)。许多种类具有生物发光现象,如夜光虫(Noctilu-ca)(图2-10G)。海水与淡水生活,少数种可寄生。一些腰鞭毛虫在海洋沿岸大量繁殖每立方米海水可多达20—40百万个个体,致使海水呈现红色或褐色,称为赤潮,由于它们排出大量代谢产物以及腐败海水,造成沿海鱼类及养殖贝类的大量死亡。
(4)眼虫目(Euglenida):身体多长圆形,鞭毛l—2根, 具色素体或不具色素体,多数种有眼点,主要淡水生活,如眼虫(图2-3)、扁眼虫(Phacus)(图2-10H)、囊杆虫(图2-4),囊杆虫无色素体。
(5)绿滴虫目(Chloromonadida):体长圆形,背腹略扁,鞭毛两根,一根向后伸出,有许多小的绿色色素体。如空腔虫(Coelomonas)(图2-10I)。
(6)团藻目(Volvocida):也称植滴虫目(Phytomonadi-da),单体或群体,淡水生活。绝大多数具绿色色素体,个体呈卵圆形,如衣滴虫(图2-9),身体前端具有2根鞭毛(少数种1或4根),色素体杯形,有眼点,两个伸缩泡,体表具纤维素膜(cellulose membrane)。群体种类大多由4-128个细胞组成,最多时可达上万个细胞。群体中的每个细胞均相似于衣滴虫,被纤维素膜或胶状液包围在一起,形成球形或其他形状的群体。简单的群体包含的细胞数较少,细胞间没有形态与机能的分化,每个细胞均能行无性生殖及有性生殖,例如盘藻(Gonium)(图2-11A),它由4—16个细胞组成,个体呈盘状分布;实球虫(Pandorina)(图2-11B),群体呈球形,实心,由16个细胞组成;空球虫(Eudorina)(图2-llC),由16—32个细胞组成,排列成一空球状。较复杂的群体,其细胞数目继续增加,细胞间出现了形态与机能的分化,即具有了营养细胞与生殖细胞的分工,如杂球虫(Pleodorina)(图2-11D),由32—128个细胞组成,位于群体前端的小型细胞只有营养的功能,后端的大型细胞具有生殖功能,群体出现了极性。团藻(Volvox)(图2-11E)是更复杂的群体,它是由数千个到数万个细胞组成的大形中空的群体,群体中的个体之间有原生质桥彼此相连(图2-llF),细胞间也有营养细胞与生殖细胞的分化,群体也具有极性。
团藻目中由衣滴虫到团藻可以看到由单细胞动物到多细胞群体,其细胞数目逐渐增加的过程,群体中的细胞由彼此间没有分化到分化成营养细胞及生殖细胞,彼此间由没有联系到出现了细胞间的原生质桥,再联系到它们的生殖由同形配子到异配生殖、再到精子与卵的变化过程,使动物学家利用这些变化推测并旁证了由单细胞动物到多细胞动物的进化过程。
2.动鞭毛亚纲(Zoomastigina)不具色素体,异养。鞭毛1—多根,细胞表面只有细胞膜,除个别种外不行有性生殖,许多种类营共生或寄生,少数种类自由生活。
(l)领鞭毛目(Choanoflagellida):单体或群体,每个细胞具有一根鞭毛,鞭毛基部周围有一圈透明的原生质领,群体以柄固着在其他物体上,淡水生活,如静钟虫(Codosiga)(图2-12A)。有的群体成一胶质团,领鞭毛细胞埋在其中,如原绵虫(Proterospongia)(图2-12B),由6—60个细胞组成。在动物界中只有领鞭毛虫及海绵动物具有领鞭毛细胞,一般认为它们之间有进化上的联系。
(2)根足鞭毛虫目(Rhizomastigida):身体呈变形虫状,但有一到多根鞭毛,以伪足取食,如变形鞭毛虫(Mastigamoe-ba)(图2-12C)。
(3)动质体目(Kinetoplastida):具1—2根鞭毛,所有的成员都有一动质体(Kinetoplast),常与根丝体相连,其中含有DNA,位于大的延伸的线粒体内,身体一侧有波动膜。少数种类自由生活(如波豆虫(Bodo)(图2-12D)。大多数种类寄生生活,例如锥虫(图2-6)。在非洲有两种锥虫(T.gambiense和T.rho-desiense),寄生于人脑脊髓液中,是由一种吸血的采采蝇(Tsetse fly)进行传播,感染后引起患者嗜睡,昏迷直至死亡,这种病称睡眠病。
利什曼原虫(Leishmania)也是动质体目的重要代表种,寄生于人体的利什曼原虫有三个种,其中以杜氏利什曼原虫(L.do-novani)为害最大,它寄生于人体肝、脾等内皮系统的细胞之内。这时细胞呈圆形,鞭毛不伸出(图2-12F),虫体极小,在等主的一个细胞之内可多达上百个利什曼原虫。寄主被它们大量寄生时,出现发烧、肝脾肿大、毛发脱落等症状,严重时造成寄主死亡。利什曼原虫是由吸血的白蛉子(Phlebotomus)进行传播,利什曼原虫在白岭子体内繁殖时,身体细长形(图2-12E),鞭毛伸出,没有波动膜。由利什曼原虫造成的疾病称黑热病,解放前是我国五大寄生虫病之一,解放后积极治疗病人;消灭中间寄主,现在我国已消灭了这种疾病。
(4)曲滴虫目(Retortamonadida):是昆虫及脊椎动物肠道内的寄生虫,鞭毛1—4根,其中一根与腹面的胞口相连,如唇鞭毛虫(Chilomastix)(图2-12G)。
(5)双滴虫目(Diplomonadida):虫体明显的两侧对称,具有2个核、二组鞭毛(8根),寄生于昆虫及脊椎动物的肠道内,也可以在人体肠道内寄生,如贾第虫(Giardia)(图2-12H)。
(6)毛滴虫目(Trichomonadida):主要寄生于昆虫或脊椎动物的消化道等部位,鞭毛4—6根,其中一根向后并与体表相连,形成波动膜,具有轴杆,如毛滴虫(Trichomonas)(图2-12I),阴道滴虫(T.vaginalis)是寄生于女性阴道或尿道里的一种毛滴虫,可引起阴道炎或尿道炎症。
(7)超鞭毛目(Hypermastigida):是动鞭毛虫亚纲中结构最复杂的一类。鞭毛数目极多,成束排列或散布在整个体表,是白蚁、蠊及一些以木质为食的昆虫消化道内共生的鞭毛虫。寄主为超鞭毛虫提供了食物及居住场所,超鞭毛虫可把寄主肠道内的纤维素分解成可溶性的糖,以供寄主吸收。杀死寄主肠内共生的超鞭毛虫,寄主则不能利用木质,以致被饿死。昆虫如果由于脱皮而失去共生的鞭毛虫,可以通过取食鞭毛虫的包囊,或者通过舐食同类昆虫的粪便而重新获得它们。所以超鞭毛虫的生活史常与寄主脱皮激素产生的周期相关。另外,超鞭毛虫是动鞭毛亚纲中唯一被证明具有有性生殖的种类。例如寄生在白蚁肠道中的披发虫(Trichonympha)(图2-12J)、寄生于蠊肠道内的缨滴虫(Lophomonas)(图2-12K)。
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