ПЪРВИ МНОГОКЛЕТЪЧНИ ОРГАНИЗМИ: ПРОИЗХОД, ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На първите многоклетъчни организми, в съответствие с един от най-приетите хипотези, започнаха да се групират в колониите или в симбиотични взаимоотношения. С течение на времето взаимодействията между членовете на колонията започнаха да бъдат кооперативни и полезни за всички.

Постепенно всяка клетка премина през процес на специализация за конкретни задачи, повишавайки степента на зависимост от своите спътници. Това явление е било решаващо в еволюцията, което позволява съществуването на сложни същества, увеличаване на техния размер и приемане на различни органи органи.

Колониалните организми, като Volvox, ни позволяват да предположим за потенциалните характеристики на предшестващите многоклетъчни организми. Източник: Франк Фокс

Многоклетъчните организми са организми, изградени от няколко клетки - като животни, растения, някои гъбички и др. В момента съществуват множество теории за обяснение на произхода на многоклетъчните същества, като се започне от едноклетъчните форми на живот, които по-късно се групират.

Защо съществуват многоклетъчни организми?

Преходът от едноклетъчни към многоклетъчни организми е един от най-вълнуващите и противоречиви въпроси сред биолозите. Преди да обсъдим възможните сценарии, които са породили многоклетъчност, трябва да се запитаме защо е необходимо или полезно да бъдем организъм, съставен от много клетки.

Размер на клетката и съотношение повърхност / обем (S / V)

Средна клетка, която е част от тялото на растение или животно, измерва диаметър между 10 и 30 микрометра. Организмът не може да нарасне в размер само чрез увеличаване на размера на една клетка поради ограничението, наложено от съотношението повърхност към обем.

Различни газове (като кислород и въглероден диоксид), йони и други органични молекули трябва да влязат и да напуснат клетката, пресичайки повърхността, която е ограничена от плазмена мембрана.

Оттам трябва да се разпространи по целия обем на клетката. По този начин връзката между повърхност и обем е по-ниска в големите клетки, ако я сравним със същия параметър в по-големи клетки.

Много голяма клетка има ограничена обменна повърхност

Следвайки това разсъждение, можем да стигнем до извода, че обменната повърхност намалява пропорционално на увеличаването на размера на клетката. Нека използваме кубче от 4 см като пример с обем 64 см ³ и повърхност 96 см ². Съотношението ще бъде 1,5 / 1.

За разлика от това, ако вземем едно и също кубче и го разделим на 8 двусантиметрови кубчета, съотношението ще бъде 3/1.

Поради тази причина, ако един организъм увеличи размера си, което е от полза в няколко аспекта, като например в търсенето на храна, локомоция или избягали хищници, за предпочитане е това да се увеличи, като се увеличи броят на клетките и по този начин се поддържа адекватна повърхност за животните. обменни процеси.

Предимства да бъдеш многоклетъчен организъм

Предимствата, че сте многоклетъчен организъм, надхвърлят самото увеличение на размера. Многоклетъчната способност позволи увеличаването на биологичната сложност и образуването на нови структури.

Този феномен позволи развитието на високо сложни пътища за сътрудничество и допълващи се поведения между биологичните субекти, които съставляват системата.

Недостатъци да бъдеш многоклетъчен организъм

Въпреки тези ползи, намираме примери - както при няколко вида гъбички - за загубата на многоклетъчност, връщайки се към предшественото състояние на едноклетъчните същества.

Когато системите за сътрудничество се провалят между клетките в тялото, могат да доведат до негативни последици. Най-нагледният пример е ракът. Има обаче няколко пътища, които в повечето случаи успяват да осигурят сътрудничество.

Какви бяха първите многоклетъчни организми?

Някои от авторите (например, Selden & Nudds, 2012), началото на многоклетъчността се дължи на много отдалечено минало, преди повече от 1 милиард години.

Тъй като преходните форми не са добре запазени във вкаменелостите, малко се знае за тях и тяхната физиология, екология и еволюция, което затруднява процеса на изграждане на реконструкция на начална многоклетъчност.

Всъщност не е известно дали тези първи вкаменелости са били животни, растения, гъби или някоя от тези родове. Вкаменелостите се характеризират с това, че са плоски организми, с голяма повърхност / обем.

Еволюция на многоклетъчни организми

Тъй като многоклетъчните организми са съставени от няколко клетки, първата стъпка в еволюционното развитие на това състояние би трябвало да е групирането на клетките. Това може да се случи по различни начини:

Колониална и симбиотична хипотеза

Тези две хипотези предполагат, че първоначалният прародител на многоклетъчните същества са били колонии или едноклетъчни същества, които са установили симбиотични отношения помежду си.

Все още не е известно дали агрегатът е образуван от клетки с диференциална генетична идентичност (като биофилм или биофилм) или от стволови и дъщерни клетки - генетично идентични. Последният вариант е по-възможен, тъй като генетичните конфликти на интереси се избягват в свързани клетки.

Преходът от едноклетъчни същества към многоклетъчни организми включва няколко стъпки. Първият е постепенното разделение на труда в рамките на клетките, които работят заедно. Някои поемат соматични функции, докато други се превръщат в репродуктивни елементи.

Така всяка клетка става по-зависима от съседите си и придобива специализация в определена задача. Селектирани предпочитани организми, които се групират в тези ранни колонии над тези, които остават самотни.

В наши дни изследователите търсят възможните условия, довели до образуването на тези клъстери, и причините, които биха могли да доведат до тяхната полза - срещу едноклетъчните форми. Използват се колониални организми, които могат да напомнят на хипотетични колонии от предци.

Синцитиева хипотеза

Синциций е клетка, която съдържа множество ядра. Тази хипотеза предполага образуването на вътрешни мембрани в рамките на синцитий на предците, което позволява развитието на множество отделения в рамките на една клетка.

Произход на многоклетъчни организми

Настоящите доказателства сочат факта, че многоклетъчното състояние се появи независимо в повече от 16 родове еукариоти, включително животни, растения и гъби.

Прилагането на нови технологии като геномиката и разбирането на филогенетичните взаимоотношения направи възможно да се предположи, че многоклетъчността следва обща траектория, започвайки от кооптирането на гени, свързани с придържането. Създаването на тези канали постигна комуникация между клетките.

Препратки

1. Brunet, T., & King, N. (2017). Произходът на многоклетъчната животинска и клетъчната диференциация. Клетка за развитие, 43 (2), 124-140.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Къртис. Биология. Panamerican Medical Ed.
3. Knoll, AH (2011). Множеството произход на сложна многоклетъчност. Годишен преглед на земните и планетарните науки, 39, 217-239.
4. Michod, RE, Viossat, Y., Solari, CA, Hurand, M., & Nedelcu, AM (2006). Еволюция на житейската история и произходът на многоклетъчността. Списание за теоретична биология, 239 (2), 257-272.
5. Ratcliff, WC, Denison, RF, Borrello, M., & Travisano, M. (2012). Експериментална еволюция на многоклетъчност. Трудове на Националната академия на науките, 109 (5), 1595-1600.
6. Roze, D., & Michod, RE (2001). Мутация, многостепенна селекция и еволюция на размера на пропагула по време на възникването на многоклетъчността. Американският натуралист, 158 (6), 638-654.
7. Selden, P., & Nudds, J. (2012). Еволюция на изкопаеми екосистеми. CRC Press.