Модель амебы своими руками

Обновлено: 13.10.2024

При этом у нее нет не то чтобы мозга, а хотя бы намека на самую примитивную нервную систему. Разрезанная на части, она снова сольется в единый организм, а если части разнести друг от друга, они будут функционировать как отдельные вполне полноценные особи. Такое невозможно, воскликнете вы, и. будете неправы – мать-природа круче любой фантастики.

Знакомьтесь, Physarum polycephalum – не животное, не растение и даже не гриб. Простейшее одноклеточное амебовидное существо.

Рис. 1. Zoo de Paris/Instagram Рис. 2. Zoo de Paris/Twitter

Ну и что с этого, где же обещанные суперспособности?

Дело в том, что обычная амеба с гаплоидным (одинарным) набором хромосом – это лишь первый этап жизни нашего сверхъестественного приятеля. По сути, это лишь половая клетка в поисках партнера для слияния. Хотя ведет она себя как самая обычная хищная амеба, ползает и лопает все подряд. Вот только размножаться она сама по себе не может.

Впрочем, нашей с вами амебе не придется долго трудиться в поисках полового партнера, ведь ей подойдет любая особь противоположного "пола" с другим набором хромосом, а это 719 вариантов из 720 возможных. Иначе говоря, у этих амеб 720 разных "полов", в отличие от человека, у которого их всего два. Нам с вами куда как сложнее чем ей, ведь она получит отказ от партнера лишь в одном случае из 720.

Найдя пару, амебы сливаются в половом экстазе, образуя принципиально новое существо – плазмодий с полным (диплоидным) набором хромосом. Вот теперь только и начинается полноценная жизнь нашего сверх-существа. Оно начинает носиться в поисках пищи, жрет что ни попадя и быстро растет в размерах.

Что делает амеба, когда ее размеры достигают критического размера? Правильно, делится пополам.

Но плазмодию плевать на обычаи амеб, ядра плазмодия начинают делиться и остаются внутри единой клетки, образуя все большее по размеру ОДНОКЛЕТОЧНОЕ многоядерное существо.

Согласно книге рекордов Гиннесса самый большой Physarum polycephalum достигает размера 5,54 квадратных метра. И это все – одна большая клетка!

Плазмодий представляет собой двигающийся веерообразный фронт и следующая за ним сеть разветвленных трубочек, напоминающие кровеносные сосуды. На этой стадии он имеет желтоватую окраску. Наше существо способно активно двигаться, плавно перетекая из места на место.

Даже разрезанный на части плазмодий не погибает, каждый его кусочек продолжает жить вполне полноценной жизнью, но при встрече обязательно сольется вновь в одно единое существо.

Если среда слишком сухая или холодная плазмодий меняет тактику, он высыхает, образовав сухой и твердый склероций. В таком виде наш приятель продержится весьма долго – вплоть до нескольких месяцев и даже года, но как только станет влажно и тепло склероций вновь превращается в подвижного плазмодия.

А что делает плазмодий, когда не хватает пищи?

А что делаете вы сами? Дайте угадаю, точно не то, что делает в этом случае плазмодий. Последнее о чем подумаете вы в такой момент – размножение, но именно в этот момент он начинает усиленно размножаться, формируя в своем теле спорангии и образуя в них споры, вплоть до самой своей смерти. Споры же, в свою очередь, чрезвычайно устойчивы к большинству внешних факторов и могут оставаться в состоянии покоя до нескольких десятилетий, пока условия не позволят им прорасти и образовать новые гаплоидные клетки-амебы .

Миксомицеты, к которым сейчас относят Physarum polycephalum, это существа не являющиеся ни животными, ни растениями, ни грибами. Первоначально их отнесли именно к грибам, но способность передвигаться и отсутствие хитина в межклеточных стенках явно указывает на ошибочность такого мнения. Теперь их уже никто не считает грибами, хотя внешне они напоминают обычную плесень, удивительным образом способную двигаться.

Обладают ли наш плазмодий разумом, не имея ничего, хотя бы отдаленно напоминающее мозг?

В 2000 году японский ученый Тосиюки Накагаки поместил разрезанные куски плазмодия в лабиринт, где на выходе и входе разместил еду. Плазмодий стал разрастаться заполняя все ответвления лабиринта, пока не соединился вновь и не добрался до еды. Дальше произошло удивительное – всего через четыре часа плазмодий начал оптимизировать свою сеть сосудов. Тупики освобождались от сосудов, а в направлении еды они утолщались, еще через четыре часа плазмодий сформировал единый витой сосуд по наикратчайшему пути между двумя источниками еды. Ученый сделал вполне логичный вывод, что наше существо, пусть неосознанно, но в итоге выбирает самый короткий путь, оптимизируя свои затраты на получение пищи.

Рис. 3. Японский ученый, лабиринты и его "разумная" слизь Рис. 4. Плазмодий строит транспортную систему Японии: еда размещена на модели-карте в точках расположения крупных городов Японии. Мы можем видеть,как через сутки плазмодий сформировал сеть, практически совпадающую с дорожной картой Японии. Эксперимент 2010 года. Рис. 5, Плазмодий Physarum polycephalum в дикой природе. Взято с wikimedia

Нам еще многому предстоит удивляться и восхищаться фантазией великого творца – Природы.

Вот такими словами я закончил бы публикацию, если разместил бы ее на каком-нибудь развлекательном ресурсе, но мы-то с вами люди любознательные, нам мало узнать что-то интересное, лайкнуть и листать дальше, нам просто необходимо разобраться каким образом такое в принципе возможно! Как примитивное одноклеточное существо не обладающее даже намеком на нервную систему, не говоря уже о мозге, может решать такие сложные задачи?

Давайте рассмотрим для простоты поиск плазмодием еды в лабиринте и нахождение кратчайшего пути ее транспортировки. Мы видим как плазмодий формирует поисковые нити, они постепенно ветвятся, становясь все тоньше, пока не заполнят весь лабиринт. После этого, обнаружив еду, поисковые нити из пустых тупиков начинают втягиваться в основную нить, которая и будет кратчайшим путем к источнику пищи.

Вполне очевидно, что плазмодий обладает "памятью", что позволяет ему не обыскивать раз за разом те места, где он уже побывал, т.е., он их каким-то образом "помнит". Но разве одноклеточное существо может запоминать структуру лабиринта?

Нет, это абсолютно невозможно. Здесь все намного проще: плазмодий оставляет за собой химический след, помечая таким образом места, где уже побывал. Памяти у него как таковой нет, и быть не может. Он просто уже не ищет в тех местах, где чувствует свой след.

Но как же наш безмозглик находит кратчайший путь к еде в лабиринте?

А как вода находит маленькую незаметную дырку в ведре, чтобы из нее вылиться? Вы же не наделяете воду разумом из-за этого. Представим, что ко входу плоского лабиринта (расположен горизонтально и закрыт сверху стеклом) мы подключили шланг с водой. Пусть у нас есть три дыры – выхода из лабиринта на разном расстоянии от входа. Из какого отверстия первым польется вода? Бинго! Конечно же, к которому ведет кратчайший путь!

Однако, читатель тут же укажет, что задача здесь не в нахождении выхода из лабиринта как такового, а в построении оптимального (кратчайшего) пути выхода из него. Та же вода будет литься в конце концов из всех трех отверстий, а вовсе не только из того, к которому ведет самый короткий путь.

Попробуем промоделировать действия плазмодия на модели лабиринта. Для этого в таблице из верхнего левого угла (оранжевая точка), входа запускаем нашего плазмодия. Первым шагом он заполняет эту самую клетку единицей. Затем двигаясь по вертикали и вбок (возможно движение влево, вправо, вверх и вниз, диагональное движение запрещено), мы заполняем соседние клетки двойкой, что означает, что до этих клеток можно дойти за два хода, затем в соседние свободные клетки проставляем тройки и так далее. Смотрим рисунок (рис.6) ниже.

Рис.6.

Мы как будто пускаем волну (наполняем водой лабиринт), которая бежит по всем закоулкам лабиринта. В итоге мы имеем заполненный числами лабиринт, где число означает длину поисковой нити плазмодия из верхнего левого угла, то есть, количество шагов из каждой точки лабиринта до входа.

Отметим звездой место, где находится еда.

Рис. 7

Хотя мы точно знаем расстояние от входа до нее: восемь шагов (длина нити плазмодия), но сам маршрут пока ни нам, ни самому плазмодию неизвестен. Более того, основное тело еще не в курсе, что какая-то из нитей нашла еду, а потому построить кратчайший маршрут из исходной точки невозможно. Надо начинать с места находки, но как плазмодий может определить куда ему транспортировать еду – ведь весь лабиринт заполнен поисковыми нитями (в нашем случае есть три пути из данной точки), как он определяет ту, по которой ему надо отправлять еду к основному телу плазмодия?

Вспомним как ветвятся поисковые нити, постепенно утончаясь: чем дальше они протягиваются, тем тоньше они становятся. Получается, чем больше число в конкретной клетке лабиринта, тем длиннее, а значит, и тоньше в ней нити. Какое условие выбора направления транспортировки еды по нити использует плазмодий? Он транспортирует еду в ту сторону, где нити утолщаются, куда ее проще направлять, а значит кратчайший путь ведет в ту сторону, где числа уменьшаются.

Рис. 8. На самом деле тут изображен не единственный кратчайший путь, на маршруте должны присутствовать два ветвления, впрочем, как и на реальном фото нитей плазмодия в лабиринте выше (Рис.3). Для простоты здесь изображен один путь.

Еда достигает основного тела плазмодия, транспортная нить начинает утолщаться, за счет того, что нити, ведущие из пустых тупиков, начинают втягиваться в нее. И, вуаля! кратчайший путь транспортировки еды к основному телу плазмодия построен.

Таким образом мы смогли понять, каким образом руководствуясь самыми простыми действиями, плазмодий решает весьма сложную задачу.

Разумен ли он при этом? Ответ отрицательный. Хотя его действия кажутся вполне разумными со стороны.

Вот еще один пример решения нахождения кратчайшего пути из одной точки лабиринта (помечена нулем) в другую (помечена оранжевым.

Рис.9. Результат работы волнового алгоритма (ортогональный путь), Взято из Wikimedia

На самом деле наш плазмодий, как многие из читателей уже догадались, реализует классический волновой алгоритм (алгоритм Ли) – алгоритм поиска кратчайшего пути на планарном графе, относящийся к алгоритмам, основанным на методах поиска в ширину. Он всегда дает оптимальное решение, если оно существует, но работает медленно и требует много памяти. Ли его сформулировал в 1961 году, к тому времени наш герой его использовал уже, минимум, полмиллиарда лет.

Вот такие вот дела: оказывается простейшее одноклеточное использует те же алгоритмы, что и мы с вами в поисках оптимальных решений на плоских графах.

Автор Лысый Камрад (@LKamrad)

Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.

Хочу создать полную, реалистичную модель амебы. (как глупо бы это не звучало)

Пока собираю литературу по этим одноклеточным и сразу возник вопрос: как лучше изобразить "жидкость" амебы. В том смысле, как изобразить её очертания. В голове возникли два варианта:

Первый вариант, как это видно на рисунке представляет собой то, что каждый "кусочек" амебы - отдельная точка, и перемещение её даст отращивание ложноножек.
Второй вариант технически сложнее, но по-моему даст большую правдоподобность - в спокойном состоянии амеба будет шаром, в который направлены 12-24 векторов, которые будут "нажимая" на амебу создавать её форму.

Слушаю мнения, может возникнет более удобный и простой вариант.

P.S. Чужие движки не предлагать, только в качестве образца.

SQUARY PROJECT - НАБОР БЕСПЛАТНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ РАБОЧЕГО СТОЛА.
МОЙ БЛОГ
GRAY FUR FRAMEWORK - УДОБНАЯ И БЫСТРАЯ РАЗРАБОТКА WINAPI ПРИЛОЖЕНИЙ

Нет, я только начинаю её "планировать". Но думаю, технических "больших" проблем возникнуть не должно. Для того я и взял амебу - как существо имеющее из особых примет только изменчивую форму, ядро и сократительную вакуоль (пищеварительная - опционально )

Разработки и научно-технические публикации :: Видеоблог :: Твиттер
Radar systems engineer & Software developer of industrial automation

Это далеко не полная модель амебы, как минимум не определены две функции:
а) размножение - иногда они почкуются, а иногда используют слияние ядер (две клетки = четыре амебы с разными характеристиками).
б) выпуск ложноножек - темный лес - по какому принципу формируется переток тела и на каком основании? В твоей модели нет ни слова (а моих школьных знаний биологии недостаточно для прояснения данного вопроса).
Для примера рекомендую игру Spore , мне понравилось, упощенная модель, но лучше чем вообще ничего.

размножение - иногда они почкуются, а иногда используют слияние ядер

Думаю в этом и будет заключаться смысл жизни данного существа, когда условия будут подходящими, организую "разрыв" сначала ядра, затем самой клетки. Если идти по первому пути - просто убрать ограничения на растяжение невидимых"перемычек", а если по второму - Два боковых вектора нажмут её до соприкосновения так, что она разделится на две части.

выпуск ложноножек - темный лес - по какому принципу формируется переток тела и на каком основании?

Передвижение к пище и обволакивание её. Если по первому пути - перемещение частиц по определённому алгоритму, если по второму, то изменение силы векторов опять таки по определенному алгоритму.

Передвижение к пищи, а как они найдут партнера для обмена ядрами (а этот процесс происходит не всегда и точно не известно по каким причинам)? А как же неблагоприятные факторы? На уроке биологии нам говорили что если рядом капнуть раствор соли, то амеба щемится в другой край . Ваших знаний биологии (или предметной области) явно недостаточно для реализации данной модели.
Могу предложить следующий вариант - воплотить известную игру Жизнь, а затем модернизировать ее правила под свои нужды.
Для справки: Если бактерии предоставить благоприятные условия, то за сутки она отпочкует столько бактерий, сколько будет соответствовать массе Земли - изыскания советских микробиологов, и знаете, я им верю.

Как по мне не очень хорошая идея в принципе. Нужно ставить конкретную цель. Ну смоделируешь ты амебу и что? Делай ставку на моделирование групп амеб, оптимизацию.

Разработки и научно-технические публикации :: Видеоблог :: Твиттер
Radar systems engineer & Software developer of industrial automation

Буду моделировать группу, какой-то конкретный организм посложнее. Ведь любой организм в сущности состоит из тех же амеб, только появляется отдельная специализация у каждой.

Знаю, знаю, прошел и не раз Правда там хорошая физике, но к моей проблеме там практически ничего нельзя позаимствовать.

Ваших знаний биологии (или предметной области) явно недостаточно для реализации данной модели.

Повторюсь, сначала нужно реализовать её хотя бы в нейтральном состоянии, а затем насыщать её рефлексами на пищу\окружение\"позывы" к размножению.

P.S. Вот сессию сдам и начну курить мануалы по жизни амеб.

Задачи:

— развить умения учащихся работать с иллюстрациями, наглядными пособиями,

— стимулировать познавательный интерес к предмету биологии,

— воспитывать ответственное отношение к выполнению полученного задания.

Материалы и оборудование: белый картон, ножницы, нитки, игла швейная, цветные карандаши (или фломастеры), простой карандаш, ластик, женская обувь на сплошной подошве.

Содержание этапа:

Ребята, сегодня мы с Вами познакомились с Типом инфузории, или ресничные. Я предлагаю Вам стать настоящими творцами-биологами и самостоятельно изготовить свою инфузорию-туфельку. Это будет Вашим творческим домашним заданием. Макет может быть выполнен в любой технике, тут есть, где разгуляться фантазии. Я же, в свою очередь, хочу продемонстрировать вам мастер-класс по изготовлению макета инфузории-туфельки. Кто-то, возможно, возьмёт его на заметку.

2. Основной этап:

1. Для изготовления макета инфузории-туфельки Вам понадобятся следующие материалы: белый картон, ножницы, нитки, игла швейная, цветные карандаши (или фломастеры), простой карандаш, ластик, женская обувь на сплошной подошве.

2. Берем лист белого картона и на нем располагаем женскую обувь, которая выполняет роль лекало, затем обводим простым карандашом по контуру.

3. С помощью ластика стираем носовую часть нашей заготовки и дорисовываем ее более острой и вытянутой, как у настоящей инфузории-туфельки.

4. Теперь вырезаем ножницами нашу картонную заготовку.

5. Вот так выглядит наша будущая инфузория-туфелька.

6. Давайте еще раз откроем наш учебник и вспомним, как же выглядит наш объект изучения, какого его внутреннее строение.

7. Теперь можно смело разрисовывать наш макет, постарайтесь, как можно точнее отразить в своем рисунке внутреннее строение инфузории-туфельки.

8. С помощью швейной иглы прокалываем край нашей инфузории-туфельки, нитку оставляем с двух сторон макета примерно по 3-4 см, и завязываем на узелок.

9. Лишнюю нить отрезаем, делаем следующую ресничку.

Таким образом, по всему контуру наша инфузория-туфелька обрастает настоящими ресничками.

10. Наш макет инфузории-туфельки готов. Теперь это отличный наглядный материал, который займет достойное место среди прочих в кабинете биологии.

Заключительное слово.

Сегодня Вы познакомились с одним из способов изготовления макета инфузории-туфельки. А какой будет ваша инфузория-туфелька!? Я предлагаю на следующем уроке устроить выставку ваших макетов. Удачи!

Дубликаты не найдены

Почему-то захотелось чебурахнуться .

Хм, думал что этот шедевр мультипликации не переплюнуть.
Походу кто-то не оставляет попыток.
Присоединяюсь к "Похвально!"

Я в детстве делал из пластилина корабли и подводные лодки. Тараканы были экипажем (масштаб — под размер тараканов). Там, естественно переборки, палубы, герметично запираемые отсеки, каюты и пр. Когда набирался экипаж, посудина спускалась на воду в ванной (корабль на воду, подлодка под воду), после чего там устраивались разные виды катастроф: попадание вражеской ракеты, шторм, айсберги, пожары, цунами, которое хватало судно и швыряло его в воду с двухметровой высоты.

Потом я перешел к автомобилям из пластилина, уже без тараканов, которые терпели всевозможные виды столкновений. Пока однажды я не увидел в иностранном журнале краш-тесты с манекенами.

После этого в моих машинах при авариях всегда находились манекены, которые состояли из пластилиновых костей, мозгов, кишок, у них были пластилиновые глазные яблоки, сердца и пластилиновая кожа. Очень скоро я отказался от пластилиновых машин, поскольку вскрытие манекенов показывало отсутствие внутренних повреждений после аварий. Манекены стали моделировать повреждения в бою на мечах, выпадение из скоростного поезда и перерубание сорвавшейся лифтовой кабиной.

Такую эволюцию претерпели мои пластилиновые увлечения с девяти до четырнадцати лет.

ЕГЭ ПО ЛИТЕРАТУРЕ

50 КНИГ ИЗМЕНИВШИХ
ЛИТЕРАТУРУ

ТЕМАТИЧЕСКОЕ
ОЦЕНИВАНИЕ ПО
ЛИТЕРАТУРЕ В 11 КЛАССЕ

ОЛИМПИАДА ПО
ЛИТЕРАТУРЕ. 10 КЛАСС

ЛИТЕРАТУРНЫЕ РЕБУСЫ
ПО ТВОРЧЕСТВУ ПОЭТОВ
СЕРЕБРЯНОГО ВЕКА

ТЕМАТИЧЕСКИЕ КАРТОЧКИ
ПО АНГЛИЙСКОМУ ЯЗЫКУ

КАК УЧИТЬ АНГЛИЙСКИЕ
СЛОВА ЭФФЕКТИВНО

АНГЛИЙСКИЕ ВРЕМЕНА В
ТЕКСТАХ И УПРАЖНЕНИЯХ

РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ
ПО АНГЛИЙСКОМУ ЯЗЫКУ

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ В
ФОРМАТЕ ЕГЭ ПО
АНГЛИЙСКОМУ ЯЗЫКУ

ТИПОВЫЕ ВАРИАНТЫ
ЗАДАНИЙ ЕГЭ ПО
АНГЛИЙСКОМУ ЯЗЫКУ

ГРАММАТИКА
ИСПАНСКОГО ЯЗЫКА

ФРАНЦУЗСКИЕ СЛОВА.
ВИЗУАЛЬНОЕ
ЗАПОМИНАНИЕ

ГРАММАТИКА
ФРАНЦУЗСКОГО ЯЗЫКА

Войти через uID

1. Амеба обыкновенная

Амеба – свободноживущее микроскопическое животное. Ее можно обнаружить в небольших мелких прудах с илистым дном. Тело амебы достигает 0,1–0,5 мм и состоит из протоплазмы, ограниченной тончайшей плазмалеммой. Протоплазма разделяется на ядро и цитоплазму.

Слушают объяснения учителя. Лепят из пластилина бурого цвета амебу.
После изготовления модели вносят сведения об амебе в сравнительную таблицу (см. ниже).

Форма тела амебы постоянно меняется из-за образующихся на разных участках выпячиваний цитоплазмы, называемых псевдоподиями (ложноножками). Эти временные структуры служат для передвижения и захвата пищи.
Несмотря на примитивное строение, амеба вполне самостоятельный организм.

Записывают в биологический словарь (в конце тетради) новые термины с определениями.

Питание амебы. Амеба – всеядное животное. Ее пищу составляют водоросли, жгутиковые, инфузории. Как только амеба оказывается рядом с потенциальной добычей, ее цитоплазма образует несколько ложноножек, которые окружают жертву. Из цитоплазмы выделяется пищеварительный сок. Образуется пищеварительная вакуоль. После усвоения растворенной пищи непереваренные остатки выбрасываются наружу. Амеба обыкновенная относится к классу Корненожки.

Как вы думаете, почему класс Корненожки получил такое название?

Отвечают на вопрос (из-за того, что представители класса не имеют постоянной формы тела и образуют выпячивания цитоплазмы – корненожки – псевдоподии).

2. Эвглена зеленая

Зеленая эвглена является необычным существом. Ее описание можно встретить и в учебниках ботаники, и в учебниках зоологии. До сих пор систематики не могут решить, к какому царству – растений или животных – нужно отнести этот одноклеточный организм.

Слушают рассказ учителя и по ходу изготавливают из пластилина зеленого цвета модель эвглены зеленой (ее размер в 10 раз меньше, чем у амебы).
После изготовления модели вносят сведения о ней в сравнительную таблицу.

Эвглена живет в пресноводных водоемах, богатых растворенными органическими соединениями. Тело эвглены вытянутое, длиной около 0,05 мм. Его передний конец притуплен, задний заострен. У эвглены в отличие от растительных клеток нет клеточной стенки. Наружный слой цитоплазмы плотный, он образует вокруг тела эвглены оболочку. На переднем конце тела эвглены находится жгутик, при помощи которого она передвигается. Эвглена обладает положительным фототаксисом – ее цитоплазма содержит светочувствительный глазок.

Записывают новый термин в биологический словарь.

Питание эвглены. В цитоплазме эвглены содержится около 20 хлоропластов, придающих ей зеленый цвет. В хлоропластах находится хлорофилл. На свету эвглена питается как растение – при помощи процесса фотосинтеза. В темноте эвглена способна усваивать готовые органические вещества, образующиеся при разложении различных отмерших организмов.

Почему ботаники относят эвглену к одноклеточным водорослям?

Отвечают на вопрос (так как цитоплазма эвглены содержит хлоропласты и на свету она питается как растение, строя свое тело из органических веществ, образующихся путем фотосинтеза).

Почему зоологи относят эвглену к простейшим животным?

Отвечают на вопрос (так как в темноте эвглена способна питаться как животное, поглощая готовые органические вещества).

О чем говорит существование таких промежуточных форм жизни, как эвглена?

Отвечают на вопрос (существование эвглены указывает на родство между растениями и животными).

3. Инфузория туфелька

Туфелька – обитатель стоячих водоемов с большим количеством разлагающегося органического материала. Она имеет постоянную удлиненную форму тела, длина которого достигает 0,1–0,3 мм. Все тело инфузории покрыто продольными рядами многочисленных коротких ресничек, при помощи которых туфелька плавает тупым концом вперед.
Инфузория туфелька отличается от других простейших сложностью внутриклеточной организации. Ее протоплазма содержит два ядра – макронуклеус, регулирующий процессы питания, движения, выделения, и микронуклеус – координирующий размножение.

Слушают рассказ учителя и в соответствии с объяснениями изготавливают из светлого (инфузории бесцветны) пластилина модель инфузории туфельки (ротовое отверстие легко проделать с помощью кончика карандаша, а реснички на поверхности инфузории можно сделать кончиком ногтя).
После изготовления модели вносят сведения об инфузории туфельке в сравнительную таблицу.

Питание инфузории туфельки. Ближе к переднему концу тела инфузории находится углубление перистом (ротовая воронка), которое ведет в глотку. Реснички желобка постоянно работают, создавая ток воды. Вода подхватывает и подносит ко рту основную пищу туфельки – бактерий. Через глотку бактерии попадают внутрь тела инфузории. В цитоплазме вокруг них образуется пищеварительная вакуоль. Переваривание пищи и усвоение питательных веществ у туфельки происходит так же, как и у амебы. Непереваренные остатки выбрасываются наружу через отверстие – порошицу.

Почему инфузория туфелька получила такое название?

Отвечают на вопрос (тело инфузории по форме напоминает крошечную туфлю).

Почему инфузорий считают естественными фильтраторами водоемов?

Отвечают на вопрос (инфузории очищают водоемы от бактерий, тем самым способствуя их очистке).

4. Размножение простейших

Размножение амебы. Питание амебы приводит к росту ее тела. После достижения определенных размеров амеба начинает делиться пополам. (В качестве иллюстрации можно использовать рисунок из учебника). Попробуйте сами показать деление амебы на своих моделях.
Такой способ размножения – делением клетки пополам – называется бесполым.

Делят свою амебу в соответствии с объяснениями учителя и рисунком учебника.

Сколько амеб образовалось после деления?

Отвечают на вопрос (две).

Чем они отличаются от прежней амебы?

Отвечают на вопрос (размерами).

Размножение эвглены. Размножение эвглены происходит так же, как и размножение амебы, – делением клетки пополам. Рассмотрите рисунок в учебнике. Попробуйте аккуратно при помощи линейки поделить свою модель эвглены. Обратите внимание, что вам понадобится еще один кусочек нитки – для второго жгутика.

Отвечают на вопрос (происходит массовое размножение эвглены).

Размножение инфузории туфельки. Летом туфелька, интенсивно питаясь, растет и делится, как амеба, на две части. В отличие от эвглены (у которой ось деления клетки проходит вдоль) и амебы (которая может делиться в любом направлении) инфузория туфелька делится поперек.

В чем сходство размножения амебы, эвглены и инфузории?

Отвечают на вопрос (все эти простейшие размножаются бесполым способом – делением клетки пополам).

Вот уже два года, как я наблюдаю за микромиром у себя дома, и год, как снимаю его на фотокамеру. За это время собственными глазами увидел, как выглядят клетки крови, чешуйки, опадающие с крыльев бабочек, как бьётся сердце улитки. Конечно, многое можно было бы узнать из учебников, видеолекций и тематических сайтов. Но при этом не было бы ощущения присутствия, близости к тому, что не видно невооружённым глазом. Что это не просто слова из книжки, а личный опыт. Опыт, который сегодня доступен каждому.

Что купить

Театр начинается с вешалки, а микросъёмка с покупки оборудования, и прежде всего — микроскопа. Одна из основных его характеристик — набор доступных увеличений, которые определяются произведением увеличений окуляра и объектива.

Детёныш улитки. Увеличение 40x

Не всякий биологический образец хорош для просмотра при большом увеличении. Связано это с тем, что чем больше увеличение оптической системы, тем меньше глубина резкости. Следовательно, изображение неровных поверхностей препарата частично будет размыто. Поэтому важно иметь набор объективов и окуляров, позволяющий вести наблюдения с увеличением от 10–20 до 900–1000x. Иногда бывает оправданно добиться увеличения 1500x (окуляр 15 и объектив 100x). Большее увеличение бессмысленно, так как более мелкие детали не позволяет видеть волновая природа света.

Лист клевера. Увеличение 100x. Некоторые клетки содержат тёмно-красный пигмент

Лист земляники. Увеличение 40x

Наблюдение при больших увеличениях требует хорошего освещения в силу небольшой апертуры объективов. Световой пучок от осветителя, преобразованный в оптическом устройстве — конденсоре, освещает препарат. В зависимости от характера освещения существует несколько способов наблюдения, самые распространённые из которых — методы светлого и тёмного поля. В первом, самом простом, знакомом многим ещё со школы, препарат освещают равномерно снизу. При этом через оптически прозрачные детали препарата свет распространяется в объектив, а в непрозрачных он поглощается и рассеивается. На белом фоне получается тёмное изображение, отсюда и название метода. С тёмнопольным конденсором всё иначе. Световой пучок, выходящий из него, имеет форму конуса, лучи в объектив не попадают, а рассеиваются на непрозрачном препарате, в том числе и в направлении объектива. В итоге на тёмном фоне виден светлый объект. Такой метод наблюдения хорош для исследования прозрачных малоконтрастных объектов. Поэтому, если вы планируете расширить набор методов наблюдения, стоит выбирать модели микроскопов, в которых предусмотрена установка дополнительного оборудования: конденсора тёмного поля, тёмнопольной диафрагмы, устройств фазового контраста, поляризаторов и т. п.

Иногда следует обратить внимание на устройство предметного столика и рукояток для управления им. Стоит выбрать и тип осветителя, которым может быть как обычная лампа накаливания, так и светодиод, который ярче и греется меньше. Микроскопы тоже имеют индивидуальные особенности. Каждая дополнительная опция — это добавка в цене, поэтому выбор модели и комплектации остаётся за потребителем.

Сегодня нередко покупают недорогие микроскопы для детей, монокуляры с небольшим набором объективов и скромными параметрами. Они могут послужить хорошей отправной точкой не только для исследования микромира, но и для ознакомления с основными принципами работы микроскопа. После этого ребёнку уже стоит купить более серьёзное устройство.

Как смотреть

Можно купить далеко не дешёвые наборы готовых препаратов, но тогда не таким ярким будет ощущение личного участия в исследовании, да и наскучат они рано или поздно. Поэтому следует позаботиться и об объектах для наблюдения, и о доступных средствах для подготовки препаратов.

Наблюдение в проходящем свете предполагает, что исследуемый объект достаточно тонок. Даже кожура ягоды или фрукта слишком толста, поэтому в микроскопии исследуют срезы. В домашних условиях их делают обычными бритвенными лезвиями. Чтобы не смять кожуру, её помещают между кусочками пробки или заливают парафином. При определённой сноровке можно достигнуть толщины среза в несколько клеточных слоёв, а в идеале следует работать с моноклеточным слоем ткани — несколько слоёв клеток создают нечёткое сумбурное изображение.

Крыло жучка бибиониды. Увеличение 400x

При выезде на природу следует запастись баночками для набора воды из ближайшего водоёма и маленькими пакетиками для листьев, высохших остатков насекомых и т. п.

Что смотреть

Микроскоп приобретён, инструменты закуплены — пора начинать. И начать следует с самого доступного — например, кожуры репчатого лука. Тонкая сама по себе, подкрашенная йодом, она обнаруживает в своём строении чётко различимые клеточные ядра. Этот опыт, хорошо знакомый со школы, и стоит провести первым. Луковую кожуру нужно залить йодом на 10–15 минут, после чего промыть под струёй воды.

Кожица лука. Увеличение 1000x. Окраска йодом. На фотографии видно клеточное ядро

Кожица лука. Увеличение 1000x. Окраска азур-эозином. На фотографии в ядре заметно ядрышко

Кроме того, йод можно использовать для окраски картофеля. Срез необходимо сделать как можно более тонким. Буквально 5–10 минут его пребывания в йоде проявят пласты крахмала, который окрасится в синий цвет.

Картофель. Синие пятна — зёрна крахмала. Увеличение 100x. Окраска йодом

Плёнка на спине таракана. Увеличение 400x

Чешуйки с крыльев моли. Увеличение 400x

Кроме того, с помощью микроскопа можно изучить строение конечностей насекомых и пауков, рассмотреть, например, хитиновые плёнки на спине таракана. И при должном увеличении убедиться, что такие плёнки состоят из плотно прилегающих (возможно, сросшихся) чешуек.

Крыло бабочки боярышницы. Увеличение 100x

Не менее интересный объект для наблюдения — кожура ягод и фруктов. Однако либо её клеточное строение может быть неразличимым, либо её толщина не позволит добиться чёткого изображения. Так или иначе, придётся сделать немало попыток, прежде чем получится хороший препарат: перебрать разные сорта винограда, чтобы найти тот, у которого красящие вещества кожуры имели бы интересную форму, или сделать несколько срезов кожицы сливы, добиваясь моноклеточного слоя. В любом случае вознаграждение за проделанную работу будет достойным.

Кожура сливы. Увеличение 1000x

Ещё более доступны для исследования трава, водоросли, листья. Но, несмотря на повсеместную распространённость, выбрать и приготовить из них хороший препарат бывает непросто. Самое интересное в зелени — это, пожалуй, хлоропласты. Поэтому срез должен быть исключительно тонким.

Хлоропласты в клетках травы. Увеличение 1000x

Приемлемой толщиной нередко обладают зелёные водоросли, встречающиеся в любых открытых водоёмах. Там же можно найти плавучие водоросли и микроскопических водных обитателей — мальков улитки, дафний, амёб, циклопов и туфелек. Маленький детёныш улитки, оптически прозрачный, позволяет разглядеть у себя биение сердца.

Хлоропласты в клетках водоросли. Увеличение 1000x

Сам себе исследователь

После изучения простых и доступных препаратов захочется усложнить технику наблюдения и расширить класс исследуемых объектов. Для этого понадобится и специальная литература, и специализированные средства, свои для каждого типа объектов, но всё-таки обладающие некоторой универсальностью. Например, метод окраски по Граму, когда разные виды бактерий начинают различаться по цвету, можно применить и для других, не бактериальных, клеток. Близок к нему и метод окраски мазков крови по Романовскому. В продаже имеется как уже готовый жидкий краситель, так и порошок, состоящий из его компонентов — азура и эозина. Их можно купить в специализированных магазинах либо заказать в интернете. Если раздобыть краситель не удастся, можно попросить у лаборанта, делающего вам анализ крови в поликлинике, стёклышко с окрашенным её мазком.

Мазок крови. Окраска азур-эозином по Романовскому. Увеличение 1000x. На фотографии: эозинофил на фоне эритроцитов

Продолжая тему исследования крови, следует упомянуть камеру Горяева — устройство для подсчёта количества клеток крови и оценки их размеров. Методы исследования крови и других жидкостей с помощью камеры Горяева описаны в специальной литературе.

Мазок крови. Окраска азур-эозином по Романовскому. Увеличение 1000x. На фотографии: слева — моноцит, справа — лимфоцит

В современном мире, где разнообразные технические средства и устройства находятся в шаговой доступности, каждый сам решает, на что ему потратить деньги. Это может быть дорогостоящий ноутбук или телевизор с запредельным размером диагонали. Находятся и те, кто отводит свой взор от экранов и направляет его далеко в космос, приобретая телескоп. Микроскопия может стать интересным хобби, а для кого-то даже и искусством, средством самовыражения. Глядя в окуляр микроскопа, проникают глубоко внутрь той природы, часть которой мы сами.

Словарик к статье

Читайте также: