БАГАТОКЛІТИННІ ОРГАНІЗМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Багатоклітинний організм є жива істота складається з кількох осередків. Термін багатоклітинний також часто використовується. Органічні істоти, які нас оточують, і які ми можемо спостерігати неозброєним оком, є багатоклітинними.

Найпомітнішою характеристикою цієї групи організмів є рівень їх структурної організації. Клітини, як правило, спеціалізуються на виконанні дуже специфічних функцій і групуються в тканини. У міру збільшення складності тканини утворюють органи, а органи утворюють системи.

Тварини - це багатоклітинні істоти. Джерело: pixabay.com

Концепція протиставляється концепції одноклітинних організмів, які складаються з однієї клітини. До цієї групи належать бактерії, археї, найпростіші серед інших. У цій великій групі організми повинні ущільнити всі основні функції для життя (харчування, розмноження, обмін речовин тощо) в одній клітині.

Походження та еволюція

Багатоклітинність розвинулася в різних родах еукаріотів, що призвело до появи рослин, грибів та тварин. За свідченнями, багатоклітинні ціанобактерії виникли на початку еволюції, а згодом інші багатоклітинні форми з'явилися незалежно в різних еволюційних лініях.

Як очевидно, перехід від одноклітинного до багатоклітинного утворення відбувся на початку еволюції та неодноразово. З цих причин логічно припустити, що багатоклітинність представляє сильні селективні переваги для органічних істот. Пізніше переваги того, що багатоклітинні будуть обговорені докладно.

Для отримання цього явища, мабуть, виникло кілька теоретичних припущень: спайки між сусідніми клітинами, спілкування, співпраця та спеціалізація між ними.

Попередники багатоклітинних організмів

За оцінками, багатоклітинні організми еволюціонували від своїх одноклітинних предків приблизно 1,7 мільярда років тому. У цьому предковому випадку деякі одноклітинні еукаріотичні організми сформували вид багатоклітинних агрегатів, який, здається, є еволюційним переходом від організмів клітини до багатоклітинних.

Сьогодні ми спостерігаємо живі організми, які демонструють таку закономірність кластеризації. Наприклад, зелені водорості роду Volvox асоціюються зі своїми однолітками для формування колонії. Вважається, що, мабуть, був попередник, схожий на Volvox, який зароджував сьогоднішні заводи.

Зростання спеціалізації кожної клітини може привести колонію до справжнього багатоклітинного організму. Однак для пояснення походження одноклітинних організмів також можна застосувати інший погляд. Для пояснення обох способів ми будемо використовувати два приклади з сучасних видів.

Вольвокацеї

Цю групу організмів складають клітинні конфігурації. Наприклад, організм роду Gonium складається з плоскої «тарілки», що містить приблизно 4–16 клітин, кожна зі своїм джгутиком. Рід Pandorina, зі свого боку, являє собою сферу з 16 клітин. Таким чином ми знаходимо кілька прикладів, коли кількість клітин збільшується.

Є роди, які демонструють цікаву закономірність диференціювання: кожна клітина в колонії має "роль", як це відбувається в організмі. Зокрема, соматичні клітини діляться від статевих клітин.

Диктіостелій

Інший приклад багатоклітинних розташувань у одноклітинних організмів зустрічається у роду Dictyostelium. Життєвий цикл цього організму включає статеву та безстатеву фазу.

Під час безстатевого циклу поодинокі амеби розвиваються на тліючих колодах, харчуються бактеріями та розмножуються шляхом бінарного поділу. У часи дефіциту їжі значна кількість цих амеб зростається в струнке тіло, здатне рухатися в темному і вологому середовищі.

Обидва приклади живих видів можуть бути можливим свідченням того, як починалася багатоклітинність у давнину.

Переваги бути багатоклітинними

Стадо Слонів у Серенгеті

Клітини є основною одиницею життя, і більші організми часто виступають як сукупність цих одиниць, а не як окрема клітина, яка збільшується в розмірах.

Це правда, що природа експериментувала з відносно великими одноклітинними формами, такими як одноклітинні морські водорості, але такі випадки рідкісні і дуже випадкові.

Одноклітинні організми досягли успіху в еволюційній історії живих істот. Вони представляють більше половини всієї маси живих організмів і успішно колонізують найекстремальніші середовища. Однак які переваги багатоклітинного тіла?

Оптимальна площа поверхні

Чому великий організм складається з малих клітин краще, ніж великий? Відповідь на це питання стосується площі поверхні.

Поверхня клітини повинна бути здатна опосередковувати обмін молекул від внутрішньої клітини до зовнішнього середовища. Діленням клітинної маси на невеликі одиниці збільшується доступна площа поверхні для метаболічної активності.

Неможливо підтримувати оптимальне співвідношення поверхні до маси просто за рахунок збільшення розміру однієї комірки. З цієї причини багатоклітинність - це адаптивна ознака, яка дозволяє організмам збільшуватися в розмірах.

Спеціалізація

З біохімічної точки зору, багато одноклітинних організмів є універсальними і здатними синтезувати практично будь-яку молекулу, починаючи з дуже простих поживних речовин.

Навпаки, клітини багатоклітинного організму спеціалізуються на ряді функцій, і ці організми виявляють більш високу ступінь складності. Така спеціалізація дозволяє функціонувати більш ефективно - порівняно з клітиною, яка повинна виконувати всі основні життєві функції.

Крім того, якщо «порція» організму уражена - або помирає - це не перетворюється на смерть всієї людини.

Колонізація ніш

Багатоклітинні організми краще пристосовані до життя в певних середовищах, які були б абсолютно недоступними для одноклітинних форм.

До найбільш неординарного набору пристосувань належать ті, що дозволили колонізацію земель. Хоча одноклітинні організми живуть переважно у водному середовищі, багатоклітинні форми встигли колонізувати сушу, повітря та океани.

Різноманітність

Одним із наслідків того, що складається з декількох клітин, є можливість представити себе в різних "формах" або морфологіях. З цієї причини багатоклітинність перетворюється на більшу різноманітність органічних істот.

У цій групі живих істот ми знаходимо мільйони форм, спеціалізованих систем органів та моделей поведінки. Це велике різноманіття збільшує типи середовищ, які організми здатні використовувати.

Візьміть справа членистоногих. Ця група представляє величезну різноманітність форм, які зуміли колонізувати практично всі середовища.

характеристики

Жуки - це істоти з мільйонами клітин. Джерело: flickr.com

Організація

Багатоклітинні організми характеризуються насамперед поданням ієрархічної організації їх структурних елементів. Крім того, вони мають ембріональний розвиток, життєві цикли і складні фізіологічні процеси.

Таким чином, жива матерія представляє різні рівні організації, коли піднімаючись з одного рівня на інший, ми знаходимо щось якісно інше і воно має властивості, які не існували на попередньому рівні. Вищі рівні організації містять усі нижчі. Таким чином, кожен рівень є складовою вищого порядку.

Клітинна диференціація

Типи клітин, що складають багатоклітинні істоти, відрізняються одна від одної, оскільки вони синтезують та накопичують різні типи РНК та білкових молекул.

Вони роблять це, не змінюючи генетичного матеріалу, тобто послідовності ДНК. Незалежно від того, наскільки дві клітини у однієї особини, вони мають однакову ДНК.

Це явище було доведено завдяки серії класичних експериментів, коли ядро ​​повністю розвиненої клітини жаби вводиться в яйцеклітину, ядро ​​якої було видалено. Нове ядро ​​здатне керувати процесом розвитку, а результат - нормальним пуголовком.

Подібні експерименти були проведені і в рослинних організмах, і у ссавців, отримуючи однакові висновки.

Наприклад, у людини ми знаходимо понад 200 типів клітин з унікальними характеристиками за їх будовою, функцією та обміном речовин. Усі ці клітини отримують з однієї клітини після запліднення.

Тканинне утворення

Багатоклітинні організми складаються з клітин, але вони не групуються випадковим чином, щоб утворювати однорідну масу. Навпаки, клітини, як правило, спеціалізуються, тобто виконують певну функцію всередині організмів.

Клітини, схожі між собою, групуються разом на більш високому рівні складності, що називається тканинами. Клітини утримуються разом спеціальними білками та клітинними з’єднаннями, які здійснюють зв’язки між цитоплазмами сусідніх клітин.

Тканини у тварин

У найскладніших тварин ми знаходимо ряд тканин, які класифікуються за функцією, яку вони виконують, та клітинною морфологією їх компонентів у: м’язовій, епітеліальній, сполучній чи сполучній та нервовій тканині.

М'язова тканина складається з скорочувальних клітин, яким вдається перетворити хімічну енергію в механічну енергію і пов'язана з функціями рухливості. Їх класифікують на скелетні, гладкі та серцеві м’язи.

Епітеліальна тканина відповідає за вистилання органів і порожнин. Вони також входять до складу паренхіми багатьох органів.

Сполучна тканина є найбільш неоднорідним типом, а її основна функція - це згуртованість різних тканин, що складають органи.

Нарешті, нервова тканина відповідає за оцінку внутрішніх чи зовнішніх подразників, які організм отримує, і переведення їх у нервовий імпульс.

У метазоїв зазвичай тканини розташовані аналогічно. Однак морські або порохові губки - які вважаються найпростішими багатоклітинними тваринами - мають дуже конкретну схему.

Тіло губки - це сукупність клітин, вбудованих у позаклітинний матрикс. Підтримка виходить із серії крихітних (голкоподібних) спікул та білків.

Тканини в рослинах

У рослин клітини групуються в тканини, які виконують певну функцію. Вони мають особливість, що існує лише один тип тканини, в якому клітини можуть активно ділитися, а це меристематична тканина. Решту тканин називають дорослими, і вони втратили здатність до поділу.

Їх класифікують як захисні тканини, які, як випливає з назви, відповідають за захист організму від висихання та будь-якого механічного зносу. Це класифікується на епідермальну та підшкірну тканини.

Фундаментальні тканини або паренхіма становлять більшу частину організму рослинного організму і заповнюють внутрішню частину тканин. У цій групі ми знаходимо асимілюючу паренхіму, багату хлоропластами; до запасної паренхіми, характерної для плодів, коренів і стебел та провідності солей, води та розробленого соку.

Утворення органів

На більш високому рівні складності ми знаходимо органи. Один або кілька типів тканин пов’язані, щоб створити орган. Наприклад, серце і печінка тварин; і листя і стебла рослин.

Системне навчання

На наступному рівні маємо групування органів. Ці структури згруповані в системи, щоб організувати певні функції та працювати узгоджено. Серед найвідоміших систем органів у нас травна система, нервова система та кровоносна система.

Формування організму

Групуючи органи органи разом, ми отримуємо дискретний і незалежний організм. Набори органів здатні виконувати всі життєво важливі функції, ріст і розвиток, щоб підтримувати організм живим

Життєві функції

Життєва функція органічних істот включає процеси живлення, взаємодії та розмноження. Багатоклітинні організми проявляють дуже неоднорідні процеси в межах своїх життєвих функцій.

За рівнем харчування ми можемо розділити живе на автотрофи та гетеротрофи. Рослини є автотрофними, оскільки вони можуть отримувати власну їжу за допомогою фотосинтезу. Тим часом тварини та грибки повинні активно отримувати свою їжу, тому вони є гетеротрофами.

Відтворення також дуже різноманітне. У рослин і тварин є види, здатні до розмноження статевим або безстатевим способом або представлення обох репродуктивних способів.

Приклади

Місячні медузи. (Aurelia aurita). Автор: Alasdair flickr.com/photos/csakkarin

Найвидатнішими багатоклітинними організмами є рослини і тварини. Будь-яка жива істота, яку ми спостерігаємо неозброєним оком (без використання мікроскопа), є багатоклітинними організмами.

Ссавець, морська медуза, комаха, дерево, кактус - все це приклади багатоклітинних істот.

У групі грибів є також багатоклітинні варіанти, такі як гриби, які ми часто використовуємо на кухні.

Список літератури

1. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Клітина: Молекулярний підхід. Медицинська наклада.
2. Фурусава, К., Канеко, К. (2002). Походження багатоклітинних організмів як неминучий наслідок динамічних систем. Анатомічний запис: Офіційна публікація Американської асоціації анатомів, 268 (3), 327-342.
3. Гілберт С.Ф. (2000). Біологія розвитку. Sinauer Associates.
4. Кайзер, Д. (2001). Побудова багатоклітинного організму. Щорічний огляд генетики, 35 (1), 103-123.
5. Лодіш, Х., Берк, А., Зіпурський, С. Л., Мацудайра, П., Балтімор, Д. та Дарнелл, Дж. (2013). Молекулярна клітинна біологія. WH freeman.
6. Michod, RE, Viossat, Y., Solari, CA, Hurand, M., & Nedelcu, AM (2006). Еволюція життєвої історії та зародження багатоклітинності. Журнал теоретичної біології, 239 (2), 257-272.
7. Rosslenbroich, B. (2014). Про походження автономії: новий погляд на основні переходи в еволюції. Springer Science & Business Media.