ПЕРШІ БАГАТОКЛІТИННІ ОРГАНІЗМИ: ПОХОДЖЕННЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ - БІОЛОГІЯ - 2025

У перших багатоклітинних організмах , в відповідно до одним з найбільш прийнятих гіпотез, стали групуватися в колоніях або в симбіотичних відносинах. Із часом взаємодія між членами колонії стала кооперативною і корисною для всіх.

Поступово кожна клітина проходила процес спеціалізації для конкретних завдань, збільшуючи ступінь залежності від своїх супутників. Це явище було вирішальним у еволюції, що дозволило існувати складним істотам, збільшуючи їх розміри та приймаючи різні системи органів.

Колоніальні організми, такі як Volvox, дозволяють нам гіпотезувати про потенційні характеристики предкових багатоклітинних організмів. Джерело: Френк Фокс

Багатоклітинні організми - це організми, що складаються з декількох клітин - таких як тварини, рослини, деякі гриби тощо. В даний час існує декілька теорій, які пояснюють походження багатоклітинних істот, починаючи з одноклітинних форм життя, які згодом згрупуються.

Чому існують багатоклітинні організми?

Перехід від одноклітинних до багатоклітинних організмів - одне з найбільш хвилюючих та суперечливих питань серед біологів. Однак, перш ніж обговорювати можливі сценарії, що спричинили багатоклітинність, ми повинні запитати себе, чому необхідно чи корисно бути організмом, що складається з багатьох клітин.

Розмір клітини та співвідношення поверхні та об’єму (S / V)

Середня клітина, яка є частиною тіла рослини чи тварини, вимірює діаметр від 10 до 30 мікрометрів. Організм не може збільшуватися в розмірах, просто збільшуючи розмір однієї клітини через обмеження, яке накладається відношенням площі поверхні до об’єму.

Різні гази (такі як кисень та вуглекислий газ), іони та інші органічні молекули повинні потрапляти та виходити з клітини, перетинаючи поверхню, обмежену плазматичною мембраною.

Звідти він повинен поширюватися на весь об'єм клітини. Таким чином, співвідношення площі поверхні та об’єму у великих осередках нижче, якщо порівняти його з тим самим параметром у більших осередках.

Дуже велика клітина має обмежену обмінну поверхню

Слідуючи цьому міркуванню, можна дійти висновку, що обмінна поверхня зменшується пропорційно збільшенню розміру клітин. Для прикладу використаємо куб розміром 4 см, об’ємом 64 см ³ та площею 96 см ² . Співвідношення буде 1,5 / 1.

На відміну від цього, якщо взяти той самий куб і розділити його на 8 двох сантиметрових кубів, співвідношення буде 3/1.

З цієї причини, якщо організм збільшує свої розміри, що вигідно в декількох аспектах, наприклад, у пошуках їжі, руху або втечі хижаків, бажано це робити, збільшуючи кількість клітин і тим самим підтримуючи для тварин адекватну поверхню. обмінні процеси.

Переваги бути багатоклітинним організмом

Переваги бути багатоклітинним організмом виходять за рамки простого збільшення розмірів. Багатоклітинність дозволила збільшити біологічну складність та утворення нових структур.

Це явище дозволило еволюціонувати дуже складні шляхи співпраці та взаємодоповнюючу поведінку між біологічними утвореннями, що складають систему.

Недоліки бути багатоклітинним організмом

Незважаючи на ці переваги, ми знаходимо приклади - як у кількох видів грибів - втрати багатоклітинності, повертаючись до попереднього стану одноклітинних істот.

Коли системи кооперативів виходять з ладу між клітинами в організмі, можуть настати негативні наслідки. Найбільш наочний приклад - рак. Однак є декілька напрямків, за якими в більшості випадків вдається забезпечити співпрацю.

Які були перші багатоклітинні організми?

Деякі автори (наприклад, Selden & Nudds, 2012), починаючи з багатоклітинності, відносяться до дуже віддаленого минулого, більш ніж 1 мільярд років тому.

Оскільки перехідні форми погано зберігаються у записах викопних робіт, про них та їх фізіологію, екологію та еволюцію відомо мало, що ускладнює процес побудови реконструкції зароджуваної багатоклітинності.

Насправді, невідомо, чи були ці першими скам’янілими тваринами, рослинами, грибами чи будь-яким із цих ліній. Копалини характеризуються плоскими організмами, з високою поверхнею / об'ємом.

Еволюція багатоклітинних організмів

Оскільки багатоклітинні організми складаються з кількох клітин, першим кроком еволюційного розвитку цього стану повинно було стати групування клітин. Це може статися по-різному:

Колоніальна та симбіотична гіпотеза

Ці дві гіпотези припускають, що первісним предком багатоклітинних істот були колонії або одноклітинні істоти, які встановлювали між собою симбіотичні стосунки.

Поки не відомо, чи сформувався агрегат з клітин з диференційованою генетичною ідентичністю (наприклад, біоплівкою або біоплівкою) або зі стовбурових і дочірніх клітин - генетично ідентичними. Останній варіант є більш можливим, оскільки генетичних конфліктів інтересів уникнути у споріднених клітинах.

Перехід від одноклітинних істот до багатоклітинних організмів передбачає кілька етапів. Перший - поступовий розподіл праці всередині осередків, які працюють разом. Одні виконують соматичні функції, а інші стають репродуктивними елементами.

Таким чином, кожна клітина стає все більш залежною від своїх сусідів і здобуває спеціалізацію з певного завдання. Селекція сприятливих організмів, що скупчилися в цих ранніх колоніях, над тими, що залишилися одиночними.

В даний час дослідники шукають можливі умови, що призвели до утворення цих скупчень, і причини, які могли б призвести до їх користі - порівняно з одноклітинними формами. Використовуються колоніальні організми, які можуть нагадувати гіпотетичні колонії предків.

Гіпотеза синцитія

Синцицій - це клітина, яка містить кілька ядер. Ця гіпотеза передбачає утворення внутрішніх мембран всередині предків синцитія, що дозволяє розвивати декілька відділень у межах однієї клітини.

Походження багатоклітинних організмів

Сучасні дані свідчать про те, що багатоклітинне стан з’явилося незалежно у більш ніж 16 родах еукаріотів, включаючи тварин, рослини та гриби.

Застосування нових технологій, таких як геноміка та розуміння філогенетичних зв’язків, дозволило нам припустити, що багатоклітинність йшла за загальною траєкторією, починаючи з кооптації генів, пов'язаних з прихильністю. Створення цих каналів досягло зв'язку між клітинами.

Список літератури

1. Brunet, T., & King, N. (2017). Походження багатоклітинності тварин та диференціація клітин. Осередк розвитку, 43 (2), 124-140.
2. Кертіс, Х., Шнек, А. (2008). Кертіс. Біологія. Panamerican Medical Ed.
3. Knoll, AH (2011). Множинні джерела складної багатоклітинності. Щорічний огляд наук про Землю та планети, 39, 217-239.
4. Michod, RE, Viossat, Y., Solari, CA, Hurand, M., & Nedelcu, AM (2006). Еволюція життєвої історії та зародження багатоклітинності. Журнал теоретичної біології, 239 (2), 257-272.
5. Ratcliff, WC, Denison, RF, Borrello, M., & Travisano, M. (2012). Експериментальна еволюція багатоклітинності. Праці Національної академії наук, 109 (5), 1595-1600.
6. Roze, D., & Michod, RE (2001). Мутація, багаторівневий відбір та еволюція розміру пропагули під час виникнення багатоклітинності. Американський натураліст, 158 (6), 638-654.
7. Selden, P., & Nudds, J. (2012). Еволюція викопних екосистем. CRC Press.