ПЕРВЫЕ МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНИЗМЫ: ПРОИСХОЖДЕНИЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В первых многоклеточных организмах , в соответствии с одним из наиболее принятых гипотез, стали группироваться в колониях или в симбиотических отношениях. Со временем взаимодействие между членами колонии стало взаимовыгодным и выгодным для всех.

Постепенно каждая клетка подвергалась процессу специализации для решения конкретных задач, увеличивая степень зависимости от своих спутников. Этот феномен имел решающее значение в эволюции, позволив существовать сложным существам, увеличивая их размер и допуская различные системы органов.

Колониальные организмы, такие как Volvox, позволяют нам выдвигать гипотезы о потенциальных характеристиках предковых многоклеточных организмов. Источник: Фрэнк Фокс

Многоклеточные организмы - это организмы, состоящие из нескольких клеток, например животные, растения, некоторые грибы и т. Д. В настоящее время существует несколько теорий, объясняющих происхождение многоклеточных существ, начиная с одноклеточных форм жизни, которые позже сгруппировались вместе.

Почему существуют многоклеточные организмы?

Переход от одноклеточных организмов к многоклеточным - один из самых волнующих и спорных вопросов среди биологов. Однако, прежде чем обсуждать возможные сценарии, которые привели к появлению многоклеточности, мы должны спросить себя, почему необходимо или полезно быть организмом, состоящим из множества клеток.

Размер ячейки и отношение поверхности к объему (S / V)

Средняя клетка, являющаяся частью тела растения или животного, имеет диаметр от 10 до 30 микрометров. Организм не может увеличиваться в размерах, просто увеличивая размер одной клетки из-за ограничения, накладываемого отношением площади поверхности к объему.

Различные газы (например, кислород и углекислый газ), ионы и другие органические молекулы должны входить и выходить из клетки, пересекая поверхность, ограниченную плазматической мембраной.

Оттуда он должен распространиться по всему объему клетки. Таким образом, соотношение между площадью поверхности и объемом меньше в больших ячейках, если мы сравним его с тем же параметром в больших ячейках.

Очень большая ячейка имеет ограниченную поверхность обмена

Следуя этим рассуждениям, можно прийти к выводу, что поверхность обмена уменьшается пропорционально увеличению размера ячейки. В качестве примера возьмем куб размером 4 см, объемом 64 см ³ и площадью поверхности 96 см ² . Соотношение будет 1,5 / 1.

Напротив, если мы возьмем тот же куб и разделим его на 8 двухсантиметровых кубиков, соотношение будет 3/1.

По этой причине, если организм увеличивает свой размер, что полезно в нескольких аспектах, таких как поиск пищи, передвижение или побег от хищников, предпочтительно делать это за счет увеличения количества клеток и, таким образом, поддержания адекватной поверхности для животных. обменные процессы.

Преимущества многоклеточного организма

Преимущества многоклеточного организма не ограничиваются простым увеличением в размерах. Многоклеточность позволила увеличить биологическую сложность и образование новых структур.

Это явление позволило эволюционировать очень изощренным путям сотрудничества и дополнительным моделям поведения между биологическими объектами, составляющими систему.

Недостатки многоклеточного организма

Несмотря на эти преимущества, мы находим примеры - как у некоторых видов грибов - потери многоклеточности, возвращаясь к изначальному состоянию одноклеточных существ.

Когда кооперативные системы не работают между клетками тела, это может привести к негативным последствиям. Наиболее показательный пример - рак. Однако есть несколько направлений, которые в большинстве случаев позволяют обеспечить сотрудничество.

Какими были первые многоклеточные организмы?

По мнению некоторых авторов, истоки многоклеточности восходят к очень далекому прошлому, более 1 миллиарда лет назад (например, Selden & Nudds, 2012).

Поскольку переходные формы плохо сохранились в летописи окаменелостей, мало что известно о них, их физиологии, экологии и эволюции, что затрудняет процесс построения реконструкции зарождающейся многоклеточности.

Фактически, неизвестно, были ли эти первые окаменелости животными, растениями, грибами или какой-либо из этих линий. Ископаемые организмы представляют собой плоские организмы с большой площадью поверхности / объемом.

Эволюция многоклеточных организмов

Поскольку многоклеточные организмы состоят из нескольких клеток, первым шагом в эволюционном развитии этого состояния должно было стать группирование клеток. Это могло произойти по-разному:

Колониальная и симбиотическая гипотеза

Эти две гипотезы предполагают, что первоначальные предки многоклеточных существ были колониями или одноклеточными существами, которые установили симбиотические отношения друг с другом.

Пока не известно, был ли агрегат образован из клеток с дифференциальной генетической идентичностью (таких как биопленка или биопленка) или из стволовых и дочерних клеток - генетически идентичных. Последний вариант более вероятен, поскольку в родственных клетках избегается генетический конфликт интересов.

Переход от одноклеточных существ к многоклеточным организмам включает несколько этапов. Первый - это постепенное разделение труда внутри работающих вместе клеток. Некоторые берут на себя соматические функции, а другие становятся репродуктивными элементами.

Таким образом, каждая ячейка становится более зависимой от своих соседей и приобретает специализацию в конкретной задаче. Отбор отдавал предпочтение организмам, которые собирались в эти ранние колонии, а не тем, которые оставались одиночными.

В настоящее время исследователи ищут возможные условия, которые привели к формированию этих кластеров, и причины, которые могли привести к их благосклонности по сравнению с одноклеточными формами. Используются колониальные организмы, которые могут напоминать гипотетические наследственные колонии.

Гипотеза синцития

Синцитий - это клетка, содержащая несколько ядер. Эта гипотеза предполагает образование внутренних мембран внутри предкового синцития, что позволяет развивать множество компартментов в одной клетке.

Происхождение многоклеточных организмов

Текущие данные указывают на тот факт, что многоклеточное состояние независимо появилось у более чем 16 линий эукариот, включая животных, растения и грибы.

Применение новых технологий, таких как геномика, и понимание филогенетических взаимоотношений позволило предположить, что многоклеточность следует общей траектории, начиная с кооптации генов, связанных с приверженностью. Созданием этих каналов достигается связь между клетками.

Ссылки

1. Брюне, Т., и Кинг, Н. (2017). Происхождение многоклеточности животных и дифференциация клеток. Клетка развития, 43 (2), 124-140.
2. Кертис, Х., и Шнек, А. (2008). Кертис. Биология. Panamerican Medical Ed.
3. Knoll, AH (2011). Множественные истоки сложной многоклеточности. Ежегодный обзор наук о Земле и планетах, 39, 217-239.
4. Michod, RE, Viossat, Y., Solari, CA, Hurand, M., & Nedelcu, AM (2006). Эволюция жизненного цикла и происхождение многоклеточности. Журнал теоретической биологии, 239 (2), 257-272.
5. Ратклифф, У. К., Денисон, РФ, Боррелло, М., и Тревизано, М. (2012). Экспериментальная эволюция многоклеточности. Труды Национальной академии наук, 109 (5), 1595-1600.
6. Розе Д. и Мишод Р. Е. (2001). Мутация, многоуровневый отбор и эволюция размера отростков в процессе возникновения многоклеточности. Американский натуралист, 158 (6), 638-654.
7. Селден П. и Нуддс Дж. (2012). Эволюция ископаемых экосистем. CRC Press.