ОДНОКЛІТИННІ ОРГАНІЗМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, РОЗМНОЖЕННЯ, ЖИВЛЕННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці одноклітинні організми є істоти, генетичний матеріал, ферментативну техніка, білки та інші молекули , необхідні для життя приурочені до однієї осередку. Завдяки цьому вони є надзвичайно складними біологічними утвореннями, часто дуже малих розмірів.

З трьох областей життя два з них - археї та бактерії - складаються з одноклітинних організмів. Окрім одноклітинних цих організмів, прокаріотичні організми не мають ядра та надзвичайно різноманітні та рясні.

Джерело pixabay.com

У решті домену, еукаріоти, ми знаходимо як одноклітинні, так і багатоклітинні організми. Всередині одноклітинних у нас є найпростіші, деякі гриби та деякі водорості.

Основні риси

Близько 200 років тому біологи в той час вважали організми, що складалися з однієї клітини, порівняно просто. Цей висновок був обумовлений малою інформацією, яку вони отримали від лінз, які вони використовували для перегляду.

Сьогодні, завдяки технологічному прогресу, пов’язаному з мікроскопією, ми можемо візуалізувати складну мережу структур, якими володіють одноклітинні істоти, та велику різноманітність, яку демонструють ці лінії. Далі ми обговоримо найбільш відповідні структури в одноклітинних організмах, як у еукаріотів, так і прокаріотів.

Компоненти прокаріотичної клітини

Генетичний матеріал

Найвидатнішою характеристикою прокаріотичної клітини є відсутність мембрани, що обмежує генетичний матеріал. Тобто відсутність справжнього ядра.

Навпаки, ДНК розташована як чільна структура: хромосома. У більшості бактерій і архей ДНК організована у велику кругову білкову асоційовану хромосому.

У модельній бактерії, такі як Escherichia coli (докладніше про її біологію в наступних розділах), хромосома досягає лінійної довжини до 1 мм, майже в 500 разів перевищує розмір клітини.

Для того, щоб зберігати весь цей матеріал, ДНК повинна взяти на себе супер-згорнуту форму. Цей приклад можна екстраполювати на більшість членів бактерій. Фізична область, де знаходиться ця компактна структура генетичного матеріалу, називається нуклеоїдом.

Крім хромосоми, прокаріотичні організми можуть володіти сотнями додаткових малих молекул ДНК, званих плазмідами.

Вони, як і хромосома, кодують специфічні гени, але фізично від них ізолюються. Оскільки вони корисні в дуже конкретних обставинах, вони складають свого роду допоміжні генетичні елементи.

Рибосоми

Для виготовлення білків прокаріотичні клітини мають складний ферментативний апарат, званий рибосомами, який розподіляється по клітинній внутрішній стороні. Кожна клітина може містити близько 10 000 рибосом.

Фотосинтетичні машини

Бактерії, що здійснюють фотосинтез, мають додаткову техніку, яка дозволяє їм захоплювати сонячне світло і пізніше перетворювати його в хімічну енергію. Мембрани фотосинтетичних бактерій мають інвагінації, де зберігаються ферменти та пігменти, необхідні для складних реакцій, які вони проводять.

Ці фотосинтетичні везикули можуть залишатися прикріпленими до плазматичної мембрани або вони можуть відшаровуватися і розташовуватися всередині клітини.

Цитоскелет

Як випливає з назви, цитоскелет - це скелет клітини. Основу цієї структури складають волокна білкової природи, необхідні для процесу поділу клітин і для підтримки форми клітин.

Останні дослідження показали, що цитоскелет у прокаріотів складається зі складної мережі ниток, і це не так просто, як вважалося раніше.

Органели в прокаріот

Історично однією з найяскравіших характеристик прокаріотичного організму була його відсутність внутрішніх відділень або органел.

Сьогодні прийнято, що бактерії мають специфічні типи органел (відсіки, оточені мембранами), пов’язані зі зберіганням іонів кальцію, мінеральних кристалів, які беруть участь у орієнтації клітин, та ферментів.

Компоненти одноклітинної еукаріотичної клітини

В межах еукаріотів ми також маємо одноклітинні організми. Вони характеризуються тим, що генетичний матеріал міститься в органелі, оточеній динамічною і складною мембраною.

Механізм виготовлення білків також складається з рибосом у цих організмах. Однак у еукаріотів таких більше. Насправді різниця в розмірах рибосом є однією з головних відмінностей між двома групами.

Еукаріотичні клітини складніші за описані в попередньому розділі прокаріоти, оскільки вони мають підрозділи, оточені однією або декількома мембранами, які називаються органелами. Серед них є мітохондрії, ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджі, вакуолі та лізосоми.

Що стосується організмів, здатних до фотосинтезу, вони мають ферментативну техніку та пігменти, що зберігаються в структурах, званих пластами. Найбільш відомими є хлоропласти, хоча серед них є також амілопласти, хромопласти, етіопласти.

Деякі одноклітинні еукаріоти мають клітинні стінки, наприклад водорості та гриби (хоча вони відрізняються за своєю хімічною природою).

Відмінності між бактеріями та археями

Як ми вже згадували, домени архей та бактерій складаються з одноклітинних особин. Однак факт поділення цієї характеристики не означає, що лінії однакові.

Якщо ми ретельно порівняємо обидві групи, то зрозуміємо, що вони відрізняються так само, як ми - або будь-який інший ссавець - відрізняємося від риби. Фундаментальні відмінності полягають у наступному.

Клітинна мембрана

Починаючи від меж клітин, молекули, що складають стінку та мембрану обох ліній, сильно відрізняються. У бактеріях фосфоліпіди складаються з жирних кислот, приєднаних до гліцерину. Навпаки, в археях присутні високорозгалужені фосфоліпіди (ізопреноїди), приєднані до гліцерину.

Крім того, зв’язки, що утворюють фосфоліпіди, також відрізняються, що призводить до більш стійкої мембрани в археях. З цієї причини археї можуть жити в умовах, де температура, рН та інші умови надзвичайні.

Клітинна стінка

Клітинна стінка - це структура, яка захищає клітинний організм від осмотичного стресу, що виникає внаслідок різниці концентрацій між внутрішньою клітиною і навколишнім середовищем, утворюючи своєрідний екзоскелет.

Як правило, клітина виявляє високу концентрацію розчинних речовин. За принципами осмосу та дифузії вода потрапляла б у клітину, розширюючи її об’єм.

Стіна захищає клітину від розриву, завдяки своїй міцній і волокнистій структурі. У бактерій основним структурним компонентом є пептидоглікан, хоча можуть бути присутні певні молекули, наприклад, гліколіпіди.

У випадку з археями характер клітинної стінки досить мінливий і в деяких випадках невідомий. Однак до цього часу пептидоглікан відсутній.

Організація геному

З точки зору структурної організації генетичного матеріалу археї більше схожі на еукаріотичні організми, оскільки гени перериваються регіонами, які не будуть переведені, називаються інтронами - термін, що використовується для регіонів, які будуть перекладені, "екзон ».

Навпаки, організація бактеріального геному здійснюється переважно в оперонах, де гени знаходяться у функціональних одиницях, розташованих один за одним, без перерв.

Відмінності з багатоклітинними організмами

Найважливішою відмінністю між багатоклітинним організмом та одноклітинним є кількість клітин, що складають організм.

Багатоклітинні організми складаються з декількох клітин, і зазвичай кожен спеціалізується на певному завданні, поділ завдань є однією з його найвидатніших характеристик.

Іншими словами, оскільки клітині більше не доводиться виконувати всі дії, необхідні для збереження організму в живих, виникає розподіл завдань.

Наприклад, клітини нейронів виконують зовсім інші завдання, ніж клітини нирок або м’язів.

Ця різниця у виконаних завданнях виражається в морфологічних відмінностях. Тобто, не всі клітини, що складають багатоклітинний організм, однакові за формою - нейрони мають деревовидну форму, м’язові клітини витягнуті тощо.

Спеціалізовані клітини багатоклітинних організмів групуються в тканини, а вони, в свою чергу, в органи. Органи, які виконують подібні або взаємодоповнюючі функції, групуються в системи. Таким чином, ми маємо структурну ієрархічну організацію, яка не з'являється в одноклітинних утвореннях.

Відтворення

Безстатеве розмноження

Одноклітинні організми розмножуються безстатево. Зауважте, що в цих організмах немає спеціальних структур, що беруть участь у розмноженні, як це відбувається у різних видів багатоклітинних істот.

У цьому виді безстатевого розмноження батько народжує потомство без необхідності сексуального партнера або злиття гамет.

Безстатеве розмноження класифікується по-різному, як правило, використовуючи як орієнтир площину або форму поділу, яку організм використовує для поділу.

Поширений тип - це бінарне поділ, де індивід породжує два організми, ідентичні батьківському. Деякі мають можливість здійснювати поділ, генеруючи більше двох потомства, що відомо як множинне поділ.

Інший тип бутонізації, коли організм породжує менший. У цих випадках батьківський організм проростає подовження, яке продовжує зростати до адекватних розмірів і згодом відлучається від свого батьківського. Інші одноклітинні організми можуть розмножуватися, утворюючи спори.

Хоча безстатеве розмноження характерне для одноклітинних організмів, воно не властиве цій лінії. Деякі багатоклітинні організми, такі як водорості, губки, голкошкірі, серед інших, можуть розмножуватися за допомогою цієї модальності.

Горизонтальний перенесення генів

Хоча статевого розмноження у прокаріотичних організмів немає, вони можуть обмінюватися генетичним матеріалом з іншими індивідами шляхом події, званої горизонтальним переносом генів. Цей обмін не передбачає передачі матеріалу від батьків дітям, але відбувається між особами одного покоління.

Це відбувається за допомогою трьох основних механізмів: кон'югації, перетворення та трансдукції. У першому типі довгі шматочки ДНК можуть обмінюватися фізичними зв'язками між двома особинами за допомогою статевих піли.

В обох механізмах розмір обмінюваної ДНК менший. Трансформація - це взяття оголеної ДНК бактерією, а трансдукція - це отримання чужорідної ДНК як наслідок вірусної інфекції.

Достаток

Життя можна розділити на три основні сфери: археї, бактерії та еукаріоти. Перші два є прокаріотичними, оскільки їх ядро ​​не оточене мембраною і всі вони є одноклітинними організмами.

За нинішніми підрахунками, на землі налічується понад 3,10 ³⁰ особин бактерій та археїв, більшість з них без назви та без опису. Насправді наше власне тіло складається з динамічних популяцій цих організмів, які встановлюють з нами симбіотичні зв’язки.

Харчування

Харчування у одноклітинних організмів надзвичайно різноманітне. Існують як гетеротрофні, так і автотрофні організми.

Перші повинні споживати їжу з навколишнього середовища, загалом поглинаючи поживні частинки. Автотрофні варіанти мають усі засоби, необхідні для перетворення світлової енергії в хімію, що зберігаються в цукрах.

Як і будь-який живий організм, одноклітинні рослини потребують певних поживних речовин, таких як вода, джерело вуглецю, мінеральні іони, серед інших, для їх оптимального росту та розмноження. Однак деяким також потрібні специфічні поживні речовини.

Приклади одноклітинних організмів

Через велику різноманітність одноклітинних організмів важко перелічити приклади. Однак ми згадаємо модельні організми в біології та організми, що мають медичне та виробниче значення:

Кишкова паличка

Найкраще вивчений організм - це, без сумніву, бактерія Escherichia coli. Хоча деякі штами можуть мати негативні наслідки для здоров'я, кишкова паличка є нормальним і рясним компонентом мікробіоти людини.

Це вигідно з різних точок зору. У нашому травному тракті бактерії допомагають виробляти певні вітаміни і конкурентно виключають патогенні мікроорганізми, які могли б потрапити в наш організм.

Крім того, в біологічних лабораторіях це один з найбільш використовуваних модельних організмів, який є дуже корисним для відкриттів у науці.

Trypanosoma cruzi

Це найпростіший паразит, який живе всередині клітин і викликає хворобу Шагаса. Це вважається важливою проблемою охорони здоров'я у більш ніж 17 країнах, розташованих у тропіках.

Однією з найвидатніших характеристик цього паразита є наявність джгутиків для руху та єдиного мітохондріона. Вони передаються своєму господареві ссавців комахами, що належать до сімейства геміттерів, які називаються тріатомінами.

Іншими прикладами мікроорганізмів є Giardia, Euglena, Plasmodium, Paramecium, Saccharomyces cerevisiae, серед інших.

Список літератури

1. Олександр, М. (1961). Вступ до мікробіології ґрунтів. John Wiley and Sons, Inc.
2. Бейкер, GC, Smith, JJ, & Cowan, DA (2003). Огляд та повторний аналіз доменних 16S праймерів. Журнал мікробіологічних методів, 55 (3), 541-555.
3. Forbes, BA, Sahm, DF, & Weissfeld, AS (2007). Діагностична мікробіологія. Мосбі.
4. Фріман, С. (2017). Біологічна наука. Пірсон освіта.
5. Мюррей, PR, Розенталь, штат Ксі, Пфаллер, Массачусетс (2015). Медична мікробіологія. Науки про здоров’я Ельзев'є.
6. Різ, Дж. Б., Уррі, Лос-Анджелес, Кейн, ML, Васерман, SA, Мінорський, П. В., і Джексон, РБ (2014). Кемпбелл біологія. Пірсонова освіта.