ORGANIZMY WIELOKOMÓRKOWE: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2025

Wielokomórkowy organizm jest istotą żywą składa się z wielu komórek. Często używany jest również termin wielokomórkowy. Istoty organiczne, które nas otaczają i które możemy obserwować gołym okiem, są wielokomórkowe.

Najbardziej charakterystyczną cechą tej grupy organizmów jest posiadany poziom organizacji strukturalnej. Komórki zwykle specjalizują się w wykonywaniu bardzo specyficznych funkcji i są pogrupowane w tkanki. Wraz ze wzrostem złożoności tkanki tworzą narządy, a narządy tworzą układy.

Zwierzęta są istotami wielokomórkowymi. Źródło: pixabay.com

Koncepcja ta jest sprzeczna z koncepcją organizmów jednokomórkowych, które składają się z pojedynczej komórki. Do tej grupy należą między innymi bakterie, archeony, pierwotniaki. W tej dużej grupie organizmy muszą zebrać wszystkie podstawowe funkcje życiowe (odżywianie, rozmnażanie, metabolizm itp.) W pojedynczej komórce.

Pochodzenie i ewolucja

Wielokomórkowość ewoluowała w różnych liniach eukariontów, prowadząc do pojawienia się roślin, grzybów i zwierząt. Według dowodów, wielokomórkowe sinice pojawiły się na wczesnym etapie ewolucji, a następnie inne wielokomórkowe formy pojawiły się niezależnie w różnych liniach ewolucyjnych.

Jak widać, przejście od istoty jednokomórkowej do wielokomórkowej następowało na wczesnym etapie ewolucji i wielokrotnie. Z tych powodów logiczne jest założenie, że wielokomórkowość reprezentuje silne selektywne korzyści dla istot organicznych. Później szczegółowo omówimy zalety bycia wielokomórkowym.

Aby uzyskać to zjawisko, musiało zaistnieć kilka założeń teoretycznych: zrosty między sąsiednimi komórkami, komunikacja, współpraca i specjalizacja między nimi.

Prekursory organizmów wielokomórkowych

Szacuje się, że organizmy wielokomórkowe wyewoluowały od swoich jednokomórkowych przodków około 1,7 miliarda lat temu. W tym zdarzeniu przodków niektóre jednokomórkowe organizmy eukariotyczne utworzyły gatunek wielokomórkowych agregatów, które wydają się ewolucyjnym przejściem od organizmów komórki do organizmów wielokomórkowych.

Dziś obserwujemy żywe organizmy, które wykazują taki wzór skupień. Na przykład zielone algi z rodzaju Volvox łączą się ze swoimi rówieśnikami, tworząc kolonię. Uważa się, że musiał istnieć poprzednik podobny do Volvox, który zapoczątkował dzisiejsze rośliny.

Wzrost specjalizacji każdej komórki może sprawić, że kolonia będzie prawdziwym organizmem wielokomórkowym. Jednak do wyjaśnienia pochodzenia organizmów jednokomórkowych można zastosować inny pogląd. Aby wyjaśnić oba sposoby, użyjemy dwóch przykładów z obecnych gatunków.

Volvocaceans

Ta grupa organizmów składa się z konfiguracji komórkowych. Na przykład organizm z rodzaju Gonium składa się z płaskiej „płytki” zawierającej około 4 do 16 komórek, z których każda zawiera wici. Z kolei rodzaj Pandorina to kula złożona z 16 komórek. W ten sposób znajdujemy kilka przykładów, w których liczba komórek wzrasta.

Istnieją rodzaje, które wykazują interesujący wzorzec różnicowania: każda komórka w kolonii odgrywa „rolę”, tak jak w organizmie. W szczególności komórki somatyczne oddzielają się od komórek płciowych.

Dictyostelium

Inny przykład układów wielokomórkowych w organizmach jednokomórkowych znajduje się w rodzaju Dictyostelium. Cykl życia tego organizmu obejmuje fazę seksualną i bezpłciową.

Podczas cyklu bezpłciowego samotna ameba rozwija się na rozkładających się kłodach, odżywia się bakteriami i rozmnaża się przez rozszczepienie binarne. W czasach niedoboru pożywienia znaczna liczba tych ameb łączy się w śluzowate ciało zdolne do poruszania się w ciemnym i wilgotnym środowisku.

Oba przykłady żywych gatunków mogą wskazywać, jak powstawała wielokomórkowość w czasach starożytnych.

Zalety bycia wielokomórkowym

Stado słoni w Serengeti

Komórki są podstawową jednostką życia, a większe organizmy często pojawiają się jako skupiska tych jednostek, a nie jako pojedyncza komórka, która powiększa się.

To prawda, że ​​natura eksperymentowała ze stosunkowo dużymi formami jednokomórkowymi, takimi jak jednokomórkowe wodorosty, ale takie przypadki są rzadkie i bardzo sporadyczne.

Organizmy jednokomórkowe odniosły sukces w ewolucyjnej historii istot żywych. Stanowią ponad połowę całkowitej masy żywych organizmów i z powodzeniem skolonizowały najbardziej ekstremalne środowiska. Jakie są jednak zalety ciała wielokomórkowego?

Optymalna powierzchnia

Dlaczego duży organizm złożony z małych komórek jest lepszy niż duża komórka? Odpowiedź na to pytanie dotyczy powierzchni.

Powierzchnia komórki musi być zdolna do pośredniczenia w wymianie cząsteczek z wnętrza komórki do środowiska zewnętrznego. Dzieląc masę komórek na małe jednostki, zwiększa się powierzchnia dostępna dla aktywności metabolicznej.

Niemożliwe jest utrzymanie optymalnego stosunku powierzchni do masy poprzez zwykłe zwiększenie rozmiaru pojedynczej komórki. Z tego powodu wielokomórkowość jest cechą adaptacyjną, która pozwala organizmom na zwiększanie się.

Specjalizacja

Z biochemicznego punktu widzenia wiele organizmów jednokomórkowych jest wszechstronnych i zdolnych do syntezy praktycznie każdej cząsteczki, zaczynając od bardzo prostych składników odżywczych.

Natomiast komórki organizmu wielokomórkowego są wyspecjalizowane w wielu funkcjach, a organizmy te wykazują wyższy stopień złożoności. Taka specjalizacja pozwala na skuteczniejsze działanie tej funkcji - w porównaniu z komórką, która musi spełniać wszystkie podstawowe funkcje życiowe.

Ponadto, jeśli „część” organizmu zostanie dotknięta - lub umiera - nie przekłada się to na śmierć całego osobnika.

Kolonizacja nisz

Organizmy wielokomórkowe są lepiej przystosowane do życia w pewnych środowiskach, które byłyby całkowicie niedostępne dla form jednokomórkowych.

Najbardziej niezwykłym zestawem adaptacji są te, które pozwoliły na kolonizację ziemi. Podczas gdy organizmy jednokomórkowe żyją głównie w środowisku wodnym, formy wielokomórkowe zdołały skolonizować ląd, powietrze i oceany.

Różnorodność

Jedną z konsekwencji składania się z więcej niż jednej komórki jest możliwość prezentowania się w różnych „formach” lub morfologiach. Z tego powodu wielokomórkowość przekłada się na większą różnorodność istot organicznych.

W tej grupie żywych istot znajdujemy miliony form, wyspecjalizowane układy narządów i wzorce zachowań. Ta rozległa różnorodność zwiększa typy środowisk, które organizmy są w stanie wykorzystać.

Weźmy przykład stawonogów. Ta grupa prezentuje przytłaczającą różnorodność form, które zdążyły zasiedlić praktycznie wszystkie środowiska.

cechy

Chrząszcze to istoty z milionami komórek. Źródło: flickr.com

Organizacja

Organizmy wielokomórkowe charakteryzują się przede wszystkim prezentacją hierarchicznej organizacji ich elementów strukturalnych. Ponadto mają rozwój embrionalny, cykle życiowe i złożone procesy fizjologiczne.

W ten sposób żywa materia przedstawia różne poziomy organizacji, na których podczas przechodzenia z jednego poziomu na drugi znajdujemy coś jakościowo odmiennego i ma właściwości, które nie istniały na poprzednim poziomie. Wyższe poziomy organizacji zawierają wszystkie niższe poziomy. Zatem każdy poziom jest składnikiem wyższego rzędu.

Różnicowanie komórek

Rodzaje komórek, z których składają się istoty wielokomórkowe, różnią się od siebie, ponieważ syntetyzują i gromadzą różne typy cząsteczek RNA i białek.

Robią to bez zmiany materiału genetycznego, czyli sekwencji DNA. Bez względu na to, jak różne są dwie komórki tego samego osobnika, mają to samo DNA.

Zjawisko to zostało udowodnione dzięki serii klasycznych eksperymentów, w których jądro w pełni rozwiniętej komórki żaby wstrzykuje się do komórki jajowej, której jądro zostało usunięte. Nowe jądro jest zdolne do kierowania procesem rozwoju, a wynikiem jest normalna kijanka.

Podobne eksperymenty przeprowadzono na organizmach roślinnych i na ssakach, uzyskując te same wnioski.

Na przykład u ludzi znajdujemy ponad 200 typów komórek o unikalnych cechach pod względem struktury, funkcji i metabolizmu. Wszystkie te komórki pochodzą z pojedynczej komórki po zapłodnieniu.

Tworzenie się tkanek

Organizmy wielokomórkowe składają się z komórek, ale nie są one grupowane losowo w celu utworzenia jednorodnej masy. Wręcz przeciwnie, komórki mają tendencję do specjalizacji, to znaczy pełnią określoną funkcję w organizmach.

Komórki, które są do siebie podobne, są zgrupowane razem na wyższym poziomie złożoności, zwanym tkankami. Komórki są utrzymywane razem przez specjalne białka i połączenia komórkowe, które tworzą połączenia między cytoplazmami sąsiednich komórek.

Tkanki zwierząt

U bardziej złożonych zwierząt znajdujemy szereg tkanek, które klasyfikuje się ze względu na pełnioną przez nie funkcję oraz morfologię komórkową ich składników: tkanki mięśniowej, nabłonkowej, łącznej lub łącznej i nerwowej.

Tkanka mięśniowa składa się z kurczliwych komórek, które potrafią przekształcić energię chemiczną w energię mechaniczną i są związane z funkcjami ruchowymi. Są one podzielone na mięśnie szkieletowe, gładkie i mięśnie sercowe.

Tkanka nabłonkowa jest odpowiedzialna za wyściółkę narządów i jam. Są również częścią miąższu wielu narządów.

Tkanka łączna jest typem najbardziej niejednorodnym, a jej główną funkcją jest spoistość różnych tkanek tworzących narządy.

Wreszcie tkanka nerwowa jest odpowiedzialna za docenienie bodźców wewnętrznych lub zewnętrznych, które otrzymuje organizm i przetłumaczenie ich na impuls nerwowy.

Tkanki Metazoan zwykle są ułożone w podobny sposób. Jednak gąbki morskie lub porowate - uważane za najprostsze zwierzęta wielokomórkowe - mają bardzo szczególny schemat.

Ciało gąbki to zbiór komórek osadzonych w macierzy zewnątrzkomórkowej. Wsparcie pochodzi z szeregu drobnych (przypominających igły) drzazg i białek.

Tkanki roślin

W roślinach komórki są pogrupowane w tkanki, które spełniają określoną funkcję. Cechuje je fakt, że istnieje tylko jeden rodzaj tkanki, w której komórki mogą aktywnie się dzielić, a jest to tkanka merystematyczna. Reszta tkanek nazywana jest dorosłymi i utraciła zdolność podziału.

Są klasyfikowane jako tkaniny ochronne, które, jak sama nazwa wskazuje, odpowiadają za ochronę organizmu przed wysychaniem i wszelkim zużyciem mechanicznym. Jest to klasyfikowane na tkankę naskórkową i podkolanową.

Podstawowe tkanki lub miąższ stanowią większość ciała organizmu roślinnego i wypełniają wnętrze tkanek. W tej grupie znajdujemy miąższ asymilacyjny, bogaty w chloroplasty; do miąższu rezerwowego, typowego dla owoców, korzeni i łodyg oraz do przewodzenia soli, wody i opracowanego soku.

Tworzenie organów

Na wyższym poziomie złożoności znajdujemy organy. Jeden lub więcej typów tkanek tworzy narząd. Na przykład serce i wątroba zwierząt; oraz liście i łodygi roślin.

Szkolenie systemowe

Na kolejnym poziomie mamy grupowanie narządów. Struktury te są pogrupowane w systemy, aby organizować określone funkcje i działać w skoordynowany sposób. Do najbardziej znanych układów narządów zaliczamy układ pokarmowy, układ nerwowy oraz układ krążenia.

Tworzenie organizmu

Grupując razem układy narządów, otrzymujemy odrębny i niezależny organizm. Zespoły narządów są zdolne do pełnienia wszystkich funkcji życiowych, wzrostu i rozwoju, aby utrzymać organizm przy życiu

Funkcje życiowe

Istotna funkcja istot organicznych obejmuje procesy odżywiania, interakcji i rozmnażania. Organizmy wielokomórkowe wykazują bardzo niejednorodne procesy w ramach swoich funkcji życiowych.

Jeśli chodzi o odżywianie, możemy podzielić żywe istoty na autotrofy i heterotrofy. Rośliny są autotroficzne, ponieważ mogą samodzielnie pozyskiwać pożywienie poprzez fotosyntezę. Tymczasem zwierzęta i grzyby muszą aktywnie pozyskiwać pożywienie, więc są heterotrofami.

Reprodukcja jest również bardzo zróżnicowana. U roślin i zwierząt istnieją gatunki zdolne do rozmnażania się płciowo lub bezpłciowo lub prezentujące obie te cechy reprodukcyjne.

Przykłady

Meduza księżycowa. (Aurelia aurita). Autor: Alasdair flickr.com/photos/csakkarin

Najbardziej widocznymi organizmami wielokomórkowymi są rośliny i zwierzęta. Każda żywa istota, którą obserwujemy gołym okiem (bez użycia mikroskopu) jest organizmem wielokomórkowym.

Ssak, meduza morska, owad, drzewo, kaktus - wszystko to są przykładami istot wielokomórkowych.

W grupie grzybów znajdują się również odmiany wielokomórkowe, takie jak grzyby, których często używamy w kuchni.

Bibliografia

1. Cooper, GM i Hausman, RE (2004). Komórka: podejście molekularne. Medicinska naklada.
2. Furusawa, C. i Kaneko, K. (2002). Pochodzenie organizmów wielokomórkowych jako nieunikniona konsekwencja układów dynamicznych. The Anatomical Record: An Official Publication of the American Association of Anatomists, 268 (3), 327-342.
3. Gilbert SF (2000). Biologia rozwojowa. Sinauer Associates.
4. Kaiser, D. (2001). Budowa organizmu wielokomórkowego. Coroczny przegląd genetyki, 35 (1), 103-123.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D. i Darnell, J. (2013). Biologia komórki molekularnej. WH freeman.
6. Michod, RE, Viossat, Y., Solari, CA, Hurand, M., & Nedelcu, AM (2006). Ewolucja historii życia i pochodzenie wielokomórkowości. Journal of theoretical Biology, 239 (2), 257-272.
7. Rosslenbroich, B. (2014). O pochodzeniu autonomii: nowe spojrzenie na główne przemiany w ewolucji. Springer Science & Business Media.