С тех пор, как ученые обнаружили микробов, они учились их выращивать на различных питательных средах. Ведь для того чтобы знать, как бороться с тем или иным микроорганизмом, нужно изучить не только его форму, но и повадки, образ жизни, потребности в питании. Сейчас в лабораториях исследователи могут выращивать практически любой микроорганизм, для этого разработано огромное количество питательных сред. Но в прошлом, во времена Луи Пастера - родителя современной науки о микробах (микробиологии), в распоряжении ученых была доступна для изучения лишь вода из лесных луж и водоемов, настой сена и мясной бульон.

Слово "микроорганизм" понятие собирательное, в него входят все невидимые невооруженным глазом организмы - бактерии, грибы, одноклеточные и еще целый ряд микрожителей. К слову, вирусы не относят к микробам. Их выделяют в отдельную группу, и наблюдать их в обычный световой микроскоп не представляется возможным.

Микробы вездесущи, обнаружить их можно буквально на всем, что нас окружает. Они бывают аэробами, т.е. для их жизнедеятельности требуется присутствие свободного молекулярного кислорода, но могут быть и анаэробами, способными прожить в условиях без доступа кислорода. Размеры, форма и принципы питания у микробов очень разнятся, но из них всех, пожалуй, самой красивой и причудливой является инфузория туфелька.

Инфузорий можно часами наблюдать в микроскоп. Они имеют очень необычную форму и легко узнаются среди прочих микроорганизмов. Для наблюдения за ней не требуется длительных подготовок и специальных навыков. Ее может увидеть любой желающий даже с помощью самого простого микроскопа.

Проведение опыта с инфузорией

Для проведения опыта понадобится совсем немного воды из лесной лужи, зацветшего водоема, из вазы с цветами или даже из аквариума. Идеально, если в воде окажется несколько веточек водорослей. Препарат с инфузорией можно приготовить по принципу раздавленной капли, или сделать "висячую" каплю на предметном стекле с выемкой.

При рассматривании образца под микроскопом (лучше всего это делать на среднем или большом увеличении) можно заметить двигающихся овальных существ. Строго говоря, они не совсем овальные - передний конец инфузории заострен, а задний, наоборот, имеет сильно округлую форму. Одна из боковых сторон, приблизительно по центру туловища, вогнута, что придает существу большое сходство с подошвой туфли. Отсюда и название микроорганизма - инфузория туфелька. Вокруг всего тела инфузории располагаются в несколько слоев реснички, которые помогают ей двигаться и "загонять" пищу в ротовое отверстие, расположенное неподалеку от головного конца.

Для особо пытливых исследователей будет интересно понаблюдать за процессом пищеварения у инфузории. Пища, попавшая в ротовое отверстие, постепенно перемещается в "желудок" - пищеварительную вакуоль, похожую на пузырек. В ней пища переваривается, а затем выталкивается в другую вакуоль - сократительную, которая является чем то, наподобие кишечника у животных. Сократительная вакуоль служит для устранения остатков пищи наружу. Для того чтобы увидеть, как происходят эти процессы, нужно покормить инфузорию, например, несколькими капельками обычной туши для заправки перьевых ручек. После того, как инфузория заглотнет ее, можно рассмотреть месторасположение пищеварительной вакуоли - темный шарик на фоне светлого тела микроорганизма.

Многие знают, что инфузории относятся к классу простейших, но это название довольно относительное, т.к. многочисленные опыты над инфузориями обнаружили у них зачатки психической деятельности. К примеру, инфузорию помещали в узкую трубку, диаметр которой совсем немного превосходил размер самого животного. Трубку с обеих сторон запаивали. Когда инфузория доплывала до одной стороны, она делала попытки проплыть дальше, но вскоре разворачивалась головным концом и направлялась в другую сторону. Со временем инфузория стала тратить на развороты все меньше времени и сил, а значит, смогла приспособиться к новым условиям.

Но поражает в инфузории даже не это. В человеческом или другом сложном организме все клетки узкоспециализированы и выполняют какую-либо одну функцию. Инфузория же состоит из одной-единственной клетки, в которой есть, хоть и примитивная, но выделительная и пищеварительная системы, мышечная система, состоящая из сократительных волокон, двигательный аппарат из ресничек. Следовательно, эта единственная клетка может полностью обеспечивать все стороны жизнедеятельности. Возможно поэтому ученые прошлого с таким уважением относились к инфузории и часами просиживали над микроскопом, изучая и зарисовывая ее повадки.

Какие же микроскопы подойдут?

В микроскоп, способный давать увеличение не менее 600-800х крат, можно понаблюдать не только простейших, но и бактерий. Самый простой способ это сделать - собрать небольшое количество зубного налета и развести его в капельке воды. Так можно увидеть основных представителей царства бактерий. В простом лабораторном микроскопе они будут выглядеть неказисто - маленькие шарики, палочки или нити с нечеткими контурами. Но при использовании фазово-контрастного метода на более дорогостоящих лабораторных моделях можно рассмотреть гораздо больше. Их контуры станут четче, а тела будут выделяться ярким светом на темном фоне. И хотя внутреннюю структуру при таком исследовании изучить не получится (для этого нужно убить бактерий и окрасить), можно увидеть движение бактерий. А по характеру движений ученые определяют принадлежность бактерий к тому или иному классу и выявляют возбудителей некоторых болезней.

Для лабораторных же исследований, направленных на выявление и более точную идентификацию болезнетворных организмов, часто используются жидкие и плотные питательные среды. В них можно наблюдать не только отдельных микроорганизмов, но и целые колонии, т.е. большие скопления клеток, видимые невооруженным глазом. Однако эта техника достаточно сложная и не годится для применения в домашних условиях.

Цель:

Оборудование:

Ход работы

увиденные части тела.

1. Дополнение.

   Лабораторная работа «Строение инфузории-туфельки»

   Цель: Изучить особенности строения одноклеточных организмов

   Оборудование: Микроскоп, предметные и покровные стекла, вата, культура инфузория-туфелька.

   Ход работы

   1. Приготовьте микропрепарат: на предметное стекло с помощью пипетки поместите каплю культуры инфузории-туфельки; положите в каплю несколько волокон ваты, накройте ее покровным стеклом.

      Положите микропрепарат на предметный столик микроскопа и проведите наблюдение сначала под малым увеличением. Найдите в поле зрения микроскопа инфузорию-туфельку, определите ее форму тела, передний (тупой) и задний (заостренный) концы тела.

      Проведите наблюдение за характером передвижения инфузории-туфельки, которое сопровождается вращением тела вокруг его продольной оси.

      Рассмотрите инфузорию-туфельку под большим увеличением, найдите на поверхности ее тела реснички и установите, какую роль они играют в передвижении инфузории-туфельки.

      Найдите сократительные вакуоли - они расположены в передней и задней частях тела; рассмотрите цитоплазму.

      Зарисуйте инфузорию-туфельку в тетради и подпишите увиденные части тела.

      Заполните таблицу: «Органоиды и их функции»

      Какие виды одноклеточных животных можно увидеть в поле зрения микроскопа, кроме Инфузории-туфельки?

   2. Подвести итог работе, сделать вывод.

      Дополнение. Название «инфузория» происходит от латинского слова «инфузум», что означает влитый куда-либо, т. к. впервые инфузории были обнаружены в воде, настоянной на травах. У инфузории-туфельки одноклеточное тело, покрытое плазматической мембраной, с внутренней стороны окружено эластичной и тонкой пелликулой. Вся поверхность тела покрыта ресничками, которые располагаются косыми рядами. Такое расположение ресничек способствует вращению тела вдоль продольной оси при движении. Отверстия – на поверхности тела проходящие, в пелликулу. Для удержания пищи или при опасности через эти отверстия выбрасываются трихоцисты, похожие на тонкие стрелы. Внутренняя полость заполнена цитоплазмой, в которой находятся малое и большое ядро, сократительная вакуоль, пищеварительная вакуоль. От переднего конца и до середины тела проходит околоротовая воронка, и, сужаясь, переходит в глотку. Глотка заканчивается клеточным ртом. Две сократительные вакуоли инфузории туфельки сокращаются поочередно. Продукты жизнедеятельности и вода собираются из цитоплазмы и по канальцам поступают к сократительным вакуолям. За процесс размножения отвечает малое ядро и дает начало большим ядрам.

Можно посмотреть видео, демонстрирующие увеличение данных организмов под микроскопом. Это современные устройства, позволяющие рассмотреть невидимые человеческому глазу частицы. Они дают возможность достаточно точно узнать, как устроен мир одноклеточных, а также что такое бактерия, максимально подробно.

Разновидности микроскопов

Познакомиться с импровизированным видео под увеличительными линзами, где бактерии двигаются, можно в лабораторных и домашних условиях. Все зависит от наличия специального оборудования. Микроскопы, позволяющие производить наблюдение за организмами, имеют свою классификацию, построенную на основе конструкции оборудования, предоставляемых им возможностей. Выделяют следующие доступные виды:

• обычный (биологические лаборатории, классы образовательных учреждений);
• фазово-контрастный (исследует бактерии в моче);
• темнопольный;
• электронный.

На фото продемонстрированы данные категории для , которые можно приобрести. Ознакомившись с видео, можно без труда научиться пользоваться каждой моделью, не допуская ошибок.

Выбор подходящей модели

Многих начинающих исследователей интересует, какой прибор выбрать, чтобы рассмотреть кисломолочные, а также другие распространенные категории бактерий.

Бюджетный сегмент микроскопов, демонстрирующих 640-кратное увеличение, не даст того эффекта, который можно оценить на видео, сделанном более мощным микроскопом. Бактерии в моче, к примеру, можно увидеть только под линзами оборудования, увеличивающим в 1000 крат и больше.

Электронная микроскопия: эффективный метод

При помощи электронного устройства ученым удалось проследить процесс деления клетки. На фото можно увидеть бактерию стафилококка, часто присутствующую в моче человека и вызывающую серьезные заболевания, в состоянии деления. Исследования дали возможность снимать видео для изучения процессов на базе образовательных учреждений.

Что можно рассмотреть?

Каждый теперь может увидеть фото и видео всех известных науке бактерий в свободном доступе. Кисломолочные - это кокки и палочки, бактерии в моче - правильной формы шары (стафилококки), прямые палочки, нити (протеусы). Особенно хорошо они видны под электронным прибором на фото.

Исследуемый материал нужно фиксировать специальным методом, чтобы избежать быстрого распада и снизить уровень токсичности (второе актуально для исследования не всегда безопасных микроорганизмов в моче).

Увидеть бактерии в электронный микроскоп можно после предварительного нагрева стекла, на который нанесен образец для рассмотрения. Не обязательно покупать горелку – бытовые источники огня и стандартный пинцет позволят это сделать. В этих же целях можно использовать метиловый спирт или ацетон. Химическая фиксация требует осторожности (лучше рассмотреть для начала видео). Далее производится окраска образца с последующим увеличением его под микроскопом (наиболее распространенная краска - метиленовая синяя).

Учитывая, какой вид бактериальных организмов был окрашен, можно увидеть палочки или шарик. Они могут присутствовать в открытых ранах или моче человека.

Подвижные и неподвижные организмы

Под электронным или обычным микроскопом с многократным увеличением будет видно движение клеток. Независимо от того, какой тип бактерий исследуется – шары-стафилоккоки (находящиеся в моче) или кисломолочные, с жгутиками или без – они не останутся неподвижными. Возникает закономерный вопрос: почему двигаются те образцы, у которых жгутиков от природы нет?

Причина - не самостоятельное движение, как у имеющих дополнительные элементы, позволяющие шевелиться, а броуновское движение (беспорядочное, теплового типа). Палочки и нити могут.

Все помнят классическое изображение инфузории-туфельки из учебника биологии, копируемого из издания в издание. Однако немногие задумываются, почему честь представлять неисчислимое количество одноклеточных организмов - простейших и бактерий - выпала именно инфузории-туфельке. Фото , полученное с помощью одного из микроскопов и видеоокуляра Альтами, позволит детально рассмотреть образец высшего совершенства элементарной ячейки жизни.

Прежде чем мы рассмотрим готовый микропрепарат инфузории-туфельки, строение ее тела-клетки под микроскопом , узнаем, что представляет собой это простейшее в среде обитания. Какую роль выполняет инфузория-туфелька в природе, какое место занимает в пищевой цепочке?

Инфузория или парамеция хвостатая (от лат. Paramecium caudatum) обитает в пресных водах. Свое название одноклеточное получило за удлиненные реснички на задней половине тельца. Между ресничками, которых насчитывается по всему тельцу более десяти тысяч, расположены трихоцисты или мелкие веретеновидные тельца. Они представляют собой органеллы (органы у многоклеточных) нападения и защиты, которые с силой выбрасываются и вонзаются в вражеское тело или в жертву. Сбоку на тельце инфузории находится предротовое углубление, переходящее в рот. Пищу инфузория переваривает образуя специальные пищеварительные вакуоли, отделяемые от глотки, которые проходят через весь организм, увлекаемые током цитоплазмы. При благоприятных температурных условиях и обилии пищи вакуоли образуются каждую минуту. Функцию выделения выполняют две сократительные вакуоли. Инфузория питается другими простейшими, одноклеточными водорослями, и сама служит кормом для личинок рыб и амфибий. Именно поэтому простейших рода Paramecium интенсивно выращивают на рыболовных хозяйствах, а также в аквариумистике.

Теперь можем приступить к исследованию инфузории под микроскопом . Не беда, если готового микропрепарата не окажется под рукой. Любой аквариумист поделится с вами пару-тройкой секретов разведения инфузорий-туфелек либо самими особями, вместе с водой из аквариума. Также можно добыть простейших в любом стоячем водоеме и для получения критической массы, достаточной для исследования, создать наиболее благоприятные условия для размножения туфелек. Эти простейшие легко разводятся в домашних условиях на высушенных банановых корках или настое сенной трухи.

Мы поделимся с вами самым простым, но от этого не менее эффективным, способом разведения инфузории на кусочке моркови. Замоченный кусочек моркови (грамм на литр) долго не разлагается бактериями, а вода остается прозрачной. Емкость помещается в темное место с температурой чуть выше комнатной. Через несколько суток можно увидеть невооруженным взглядом белесоватую взвесь, окружающую морковь, которая представляет собой скопление инфузорий-туфелек, хаотично плавающих в толще воды.

Размножается инфузория-туфелька один-два раза в сутки изначально бесполым способом, то есть делением клетки пополам по экватору. Через несколько таких делений клетка готова размножаться половым способом — сложным обменом частицами малого ядра. Причем при половом размножении число особей остается прежним, не увеличивается, но клетка получает усовершенствованную способность приспосабливаться к окружающим условиям среды.

Далее помещаем капельку воды между предметным и покровным стеклом. Живые инфузории под микроскопом , уже при 80-тикратном увеличении, представляют собой не перестающее двигаться скопище клеток длиной 0,2—0,3 мм. Поэтому строение животной клетки под микроскопом можно изучить лишь на погибающем от высыхания простейшем. Подсыхающие инфузории под микроскопом выглядят более одутловатыми и практически не двигаются. Меняя объектив, устанавливаем увеличение в 200 раз: картина та же, но крупнее, различимо внутренне строение простейших.

Двухмерное изображение простейшего не соответствует тому, что вы увидите в объективе. Клетка под микроскопом вовсе не похожа на пресловутую дамскую туфельку или веретено, как изображают инфузорию художники-анималисты. Форма тела одноклеточного организма имеет «хребет» и в поперечном разрезе оказывается не овалом, а ромбом. По-видимому, выступ усиливает гидродинамику и улучшает маневренность инфузории. Овальную форму тельце простейшего принимает лишь при усыхании.

Хоть инфузория-туфелька под микроскопом выглядит несколько иначе, чем на иллюстрации из школьного учебника, все же, при восьмисоткратном увеличении можно увидеть основные элементы строения животной клетки. Под микроскопом различимы ядро, цитоплазма и другие форменные элементы животной клетки. Состоящая из полисахаридов и белков оболочка клетки под микроскопом (световым) не видна. Ее строение смогут изучить счастливые обладатели электронного микроскопа.

Мы уверены, теперь вы будете проводить целые часы с микроскопом Альтами, ведя наблюдение за жизнью отнюдь не примитивного простейшего со сложным латинским названием Paramecium caudatum или инфузория-туфелька. Фото , которые вы сделаете с помощью видеоокуляра Альтами, будут напоминать вам о том, что природа совершенна.

Строение бактерий много проще и однообразнее, чем строение простейших, и здесь нет такого богатства форм, как у инфузорий. Однако это единообразие и простота строения делают бактерии очень хорошей моделью для многих опытов. Еще проще устроены, и поэтому еще лучше, как модель, вирусы. Но о них - после, в особой главе.

Чтобы посмотреть на живые бактерии, нам с вами придется поискать более сильные и сложные микроскопы, чем те, в которые можно рассмотреть инфузории. Без увеличения в 600-800 раз тут не обойтись.

Зато источник, в котором всегда можно найти множество разнообразных бактерий, доступен всегда. Это - ваш собственный рот. Соскребите зубной налет и размешайте его в капельке воды или слюны на предметном стекле. Этого вам хватит для ознакомления с основными формами бактерий.

Если вы посмотрите на них в обычный микроскоп, употребляющийся в медицинских и биологических лабораториях, то, наверное, разочаруетесь. Будут видны сероватые, с нечеткими контурами, очень маленькие палочки, шарики, нити. Разве их сравнить с причудливыми, как тропические рыбы, инфузориями?

В так называемый фазово-контрастный микроскоп вы сможете увидеть больше. Отличие этого микроскопа от обычного сводится к тому, что частицы, одинаково прозрачные для световых лучей, но с разной плотностью выглядят здесь по-разному: более плотные - темнее, менее плотные - светлее.

Интересно наблюдать живых бактерий в так называемый темнопольный микроскоп. Лучи света здесь идут не через объект наблюдения в объектив микроскопа, а сбоку. Вы, наверное, видели, как ярко светятся пылинки в солнечном луче, пробившемся из-за штор или ставни в темной комнате.

Примерно так же выглядят в темнопольном микроскопе и бактерии - как светлые точки на угольно-черном или коричневатом фоне. Общие очертания их при этом немного смазываются, но зато хорошо видно движение бактерий. А характер движения позволяет распознавать возбудителей некоторых болезней.

Фото: U.S. Geological Survey

Фото: Umberto Salvagnin

Иные бактерии не имеют жгутиков, нужных для передвижения. Но это не значит, что в поле зрения микроскопа они будут неподвижны. Нет, вам покажется, что бактерии движутся, причем все разом, как муравьи в развороченном муравейнике. Однако это - не самостоятельное, активное движение микроба, а так называемое броуновское движение.

Броуновское движение любых мелких частиц, плавающих в жидкости (отнюдь не только микробов), - следствие беспорядочного теплового движения молекул этой жидкости. Молекулы давят на частицу со всех сторон, и она, так сказать, «топчется на месте».

Зато если под микроскопом подвижные бактерии, то вы увидите, как быстро они пересекают поле зрения, замирают на месте, а затем снова устремляются дальше. Особенно интересно наблюдать за спирохетами, похожими на ожившую спираль от электрической плитки. Они настолько тонки, что под обычным микроскопом живую спирохету трудно разглядеть.

В темнопольном микроскопе они видны гораздо лучше. Вы, наверное, найдете их в зубном налете; только хорошенько приглядитесь - лучше всего искать спирохет во время их движения. Они или плывут, извиваясь, как змейки, или дергаются на месте и даже складываются пополам.

Живых бактерий рассматривать в микроскоп не столь удобно, как мертвых и окрашенных. Детали строения этих организмов были изучены именно на окрашенных препаратах. Чтобы окрасить бактерии, нужно нанести их на стекло (как говорят, сделать мазок), высушить его, прогреть на пламени горелки (чтобы клетки впоследствии лучше подкрасились) и капнуть на мазок каплю специальной краски.

Если вы попадете в микробиологическую лабораторию, то там, конечно, найдется набор разнообразных красок. Одна из самых распространенных - метиленовая синяя. Так как она входит в состав чернил для авторучки, то за неимением лучшего можно брызнуть на мазок каплю чернил. Через 6-8 минут краску надо смыть водой и высушить мазок.

В зависимости от того, какой вид бактерий был окрашен, вы увидите под микроскопом шарики или палочки - прямые, изогнутые или похожие на запятую. Из палочек и шариков могут образовываться цепочки. Шарики иногда объединены в группы по четыре, восемь и шестнадцать. У некоторых палочек на концах есть утолщения вроде спичечной головки. Таковы основные формы бактерий.

Однако столь краткое описание напоминает слова одного философа, который определил человека как двуногое без перьев. У бактерий, даже окрашенных самым простым способом, можно найти довольно много особенностей их строения. О некоторых из этих особенностей мы здесь расскажем.

Палочковидных бактерий в природе больше всего. Само слово «бактерия» по-гречески значит «палочка». Один из самых распространенных микробов, так называемая кишечная палочка, имеет форму длинного овала. Кишечная палочка обитает в толстых кишках; в одном грамме человеческих испражнений может содержаться 2-Ъ миллиарда этих микроорганизмов (представляете, сколько их попадает во внешнюю среду в населенной местности!).

По форме от кишечной палочки неотличимы и болезнетворные микробы - возбудители дизентерии, тифа, паратифа. Возбудитель сибирской язвы - тоже палочка, но с обрубленными концами. Бактерии сибирской язвы часто располагаются в виде длинных нитей-цепочек.

Форму палочки имеют возбудители столбняка, газовой гангрены и многих других болезней.

Иногда можно встретить название «холерная запятая». Действительно, так называемые вибрионы похожи на запятую. К ним относится и возбудитель холеры. Только не представляйте себе холерную запятую в виде головастика, как любил ее рисовать в «Окнах РОСТА» Маяковский. Это скорее изогнутая палочка равномерной толщины. Строго говоря, это даже не палочка, а отрезок спирали, один ее неполный виток.

Шаровидные бактерии называются кокками. Кокки, собранные в гроздья, напоминающие виноградные, носят название стафилококков. Некоторые из них, попадая в ранки или царапины, служат причиной нагноений и вызывают тяжелые заболевания у детей раннего возраста.

Много несчастий причиняют человеку стрептококки - микробы, похожие на нитки бус или четки. Они вызывают и рожистое воспаление, и ангину, и даже заболевание сердца - эндокардит. Коккам, расположенным по два - диплококкам, - человек обязан такими болезнями, как менингит, воспаление легких, гонорея.

В окрашенном мазке легко определить форму бактерий, но изучить строение бактериальной клетки во всех деталях невозможно. И если мы все-таки уже много знаем о строении бактерий, то этому помогли специальные методы их окраски и изучение их под электронным микроскопом.