PIERWSZE ORGANIZMY WIELOKOMÓRKOWE: POCHODZENIE, CHARAKTERYSTYKA - BIOLOGIA - 2026

Te pierwsze organizmy wielokomórkowe , zgodnie z jednym z najbardziej akceptowanych hipotez, zaczął grupy w koloniach lub w symbiotycznych związkach. Z biegiem czasu interakcje między członkami kolonii zaczęły być kooperatywne i korzystne dla wszystkich.

Stopniowo każda komórka przechodziła proces specjalizacji do określonych zadań, zwiększając stopień zależności od swoich towarzyszy. Zjawisko to miało kluczowe znaczenie dla ewolucji, umożliwiając istnienie złożonych istot, zwiększając ich rozmiary i dopuszczając różne układy narządów.

Organizmy kolonialne, takie jak Volvox, pozwalają postawić hipotezę na temat potencjalnych cech przodków organizmów wielokomórkowych. Źródło: Frank Fox

Organizmy wielokomórkowe to organizmy złożone z kilku komórek - takich jak zwierzęta, rośliny, niektóre grzyby itp. Obecnie istnieje wiele teorii wyjaśniających pochodzenie istot wielokomórkowych, począwszy od jednokomórkowych form życia, które później zgrupowały się razem.

Dlaczego istnieją organizmy wielokomórkowe?

Przejście od organizmów jednokomórkowych do wielokomórkowych jest jednym z najbardziej ekscytujących i kontrowersyjnych pytań wśród biologów. Zanim jednak omówimy możliwe scenariusze, które doprowadziły do ​​powstania wielokomórkowości, musimy zadać sobie pytanie, dlaczego konieczne lub korzystne jest bycie organizmem złożonym z wielu komórek.

Rozmiar komórki i stosunek powierzchni do objętości (S / V)

Przeciętna komórka będąca częścią ciała rośliny lub zwierzęcia ma średnicę od 10 do 30 mikrometrów. Organizm nie może urosnąć, po prostu zwiększając rozmiar pojedynczej komórki z powodu ograniczeń narzuconych przez stosunek powierzchni do objętości.

Różne gazy (takie jak tlen i dwutlenek węgla), jony i inne cząsteczki organiczne muszą przedostać się do komórki i opuścić ją, przechodząc przez powierzchnię ograniczoną błoną plazmatyczną.

Stamtąd musi rozprzestrzenić się na całą objętość komórki. Tak więc zależność między polem powierzchni a objętością jest mniejsza w dużych komórkach, jeśli porównamy ją z tym samym parametrem w większych komórkach.

Bardzo duża komórka ma ograniczoną powierzchnię wymiany

Kierując się tym rozumowaniem, możemy dojść do wniosku, że powierzchnia wymiany zmniejsza się proporcjonalnie do wzrostu wielkości komórki. Weźmy na przykład sześcian 4 cm o objętości 64 cm ³ i powierzchni 96 cm ² . Stosunek wyniesie 1,5 / 1.

Natomiast jeśli weźmiemy tę samą kostkę i podzielimy ją na 8 dwucentymetrowych kostek, stosunek wyniesie 3/1.

Z tego powodu, jeśli organizm zwiększa swój rozmiar, co jest korzystne w kilku aspektach, takich jak poszukiwanie pożywienia, przemieszczanie się lub uciekających drapieżników, lepiej jest to zrobić poprzez zwiększenie liczby komórek, a tym samym utrzymanie odpowiedniej powierzchni dla zwierząt. procesy wymiany.

Zalety bycia organizmem wielokomórkowym

Zalety bycia organizmem wielokomórkowym wykraczają poza zwykły wzrost rozmiaru. Wielokomórkowość pozwoliła na wzrost złożoności biologicznej i tworzenie nowych struktur.

Zjawisko to umożliwiło ewolucję wysoce wyrafinowanych ścieżek współpracy i komplementarnych zachowań między bytami biologicznymi tworzącymi system.

Wady bycia organizmem wielokomórkowym

Pomimo tych korzyści znajdujemy przykłady - podobnie jak w przypadku kilku gatunków grzybów - utraty wielokomórkowości, powrotu do pierwotnego stanu istot jednokomórkowych.

Awaria systemów współpracujących między komórkami ciała może mieć negatywne konsekwencje. Najbardziej obrazowym przykładem jest rak. Istnieje jednak wiele sposobów, którym w większości przypadków udaje się zapewnić współpracę.

Jakie były pierwsze organizmy wielokomórkowe?

Według niektórych autorów początki wielokomórkowości sięgają bardzo odległej przeszłości, ponad miliard lat temu (np. Selden i Nudds, 2012).

Ponieważ formy przejściowe były słabo zachowane w zapisie kopalnym, niewiele wiadomo o nich oraz o ich fizjologii, ekologii i ewolucji, co utrudnia proces konstruowania rekonstrukcji powstającej wielokomórkowości.

W rzeczywistości nie wiadomo, czy te pierwsze skamieniałości były zwierzętami, roślinami, grzybami lub którąkolwiek z tych linii. Skamieniałości charakteryzują się płaskimi organizmami o dużej powierzchni / objętości.

Ewolucja organizmów wielokomórkowych

Ponieważ organizmy wielokomórkowe składają się z kilku komórek, pierwszym krokiem w ewolucyjnym rozwoju tego stanu powinno być grupowanie komórek. Może się to zdarzyć na różne sposoby:

Hipoteza kolonialna i symbiotyczna

Te dwie hipotezy sugerują, że pierwotnym przodkiem istot wielokomórkowych były kolonie lub istoty jednokomórkowe, które ustanowiły ze sobą symbiotyczne relacje.

Nie wiadomo jeszcze, czy agregat powstał z komórek o zróżnicowanej tożsamości genetycznej (takich jak biofilm lub biofilm), czy z komórek macierzystych i potomnych - identyczne genetycznie. Ta druga opcja jest bardziej możliwa, ponieważ w powiązanych komórkach unika się genetycznych konfliktów interesów.

Przejście od organizmów jednokomórkowych do organizmów wielokomórkowych obejmuje kilka etapów. Pierwszym jest stopniowy podział pracy w komórkach, które pracują razem. Niektóre pełnią funkcje somatyczne, inne stają się elementami rozrodczymi.

W ten sposób każda komórka staje się bardziej zależna od swoich sąsiadów i zyskuje specjalizację w określonym zadaniu. Selekcja faworyzowała organizmy, które skupiały się w tych wczesnych koloniach, w porównaniu z tymi, które pozostały samotne.

Obecnie naukowcy szukają możliwych warunków, które doprowadziły do ​​powstania tych klastrów i przyczyn, które mogły doprowadzić do ich korzyści - w porównaniu z formami jednokomórkowymi. Wykorzystywane są organizmy kolonialne, które mogą przypominać hipotetyczne kolonie przodków.

Hipoteza syncytium

Syncytium to komórka zawierająca wiele jąder. Ta hipoteza sugeruje tworzenie się błon wewnętrznych w syncytium przodków, umożliwiając rozwój wielu przedziałów w obrębie pojedynczej komórki.

Pochodzenie organizmów wielokomórkowych

Obecne dowody wskazują na fakt, że stan wielokomórkowy pojawił się niezależnie w ponad 16 liniach eukariontów, w tym w zwierzętach, roślinach i grzybach.

Zastosowanie nowych technologii, takich jak genomika i zrozumienie zależności filogenetycznych, pozwoliło zasugerować, że wielokomórkowość podążała wspólną trajektorią, zaczynając od kooptacji genów związanych z adherencją. Stworzenie tych kanałów osiągnęło komunikację między komórkami.

Bibliografia

1. Brunet T. i King N. (2017). Pochodzenie wielokomórkowości zwierząt i różnicowania komórek. Developmental cell, 43 (2), 124-140.
2. Curtis, H. i Schnek, A. (2008). Curtis. Biologia. Panamerican Medical Ed.
3. Knoll, AH (2011). Wielokrotne pochodzenie złożonej wielokomórkowości. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 39, 217-239.
4. 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.
5. Ratcliff, WC, Denison, RF, Borrello, M. i Travisano, M. (2012). Eksperymentalna ewolucja wielokomórkowości. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (5), 1595-1600.
6. Roze, D. i Michod, RE (2001). Mutacja, selekcja wielopoziomowa i ewolucja rozmiaru propaguli podczas powstawania wielokomórkowości. The American Naturalist, 158 (6), 638-654.
7. Selden, P. i Nudds, J. (2012). Ewolucja ekosystemów kopalnych. CRC Press.