PRVÉ MNOHOBUNKOVÉ ORGANIZMY: PÔVOD, VLASTNOSTI - BIOLÓGIE - 2026

Na prvý mnohobunkové organizmy , podľa jedného z najviac uznávaných hypotéz, začal skupinu v kolóniách alebo v symbiotických vzťahov. Postupom času začali interakcie medzi členmi kolónie spolupracovať a boli prospešné pre všetkých.

Každá bunka postupne prešla procesom špecializácie na konkrétne úlohy, čím sa zvýšila miera závislosti od jej spoločníkov. Tento jav bol v evolúcii rozhodujúci, pretože umožňoval existenciu komplexných bytostí, zväčšoval ich veľkosť a prijímal rôzne orgánové systémy.

Koloniálne organizmy, ako napríklad Volvox, nám umožňujú predpokladať potenciálne vlastnosti predkovitých mnohobunkových organizmov. Zdroj: Frank Fox

Viacbunkové organizmy sú organizmy tvorené niekoľkými bunkami - ako sú zvieratá, rastliny, niektoré huby atď. V súčasnosti existuje mnoho teórií, ktoré vysvetľujú pôvod mnohobunkových bytostí počnúc jednobunkovými formami života, ktoré sa neskôr zoskupili.

Prečo existujú mnohobunkové organizmy?

Prechod od jednobunkových k mnohobunkovým organizmom je jednou z najzaujímavejších a najkontroverznejších otázok medzi biológmi. Pred diskusiou o možných scenároch, ktoré viedli k mnohobunkovej činnosti, sa však musíme pýtať, prečo je nevyhnutné alebo prospešné byť organizmom zloženým z mnohých buniek.

Veľkosť bunky a pomer povrch / objem (S / V)

Priemerná bunka, ktorá je súčasťou tela rastliny alebo zvieraťa, má priemer 10 až 30 mikrometrov. Organizmus nemôže rásť čo do veľkosti jednoduchým zväčšením veľkosti jednej bunky z dôvodu obmedzenia uloženého pomerom plochy povrchu k objemu.

Rôzne plyny (ako je kyslík a oxid uhličitý), ióny a iné organické molekuly musia vstúpiť do bunky a opustiť ju, prechádzať cez povrch, ktorý je ohraničený plazmatickou membránou.

Odtiaľ sa musí šíriť po celom objeme bunky. Vzťah medzi povrchom a objemom je teda vo veľkých bunkách nižší, ak ho porovnáme s rovnakým parametrom vo väčších bunkách.

Veľmi veľká bunka má obmedzenú výmennú plochu

Na základe tohto zdôvodnenia môžeme dospieť k záveru, že výmenný povrch klesá úmerne so zvyšovaním veľkosti buniek. Použime 4 cm kocku ako príklad, s objemom 64 cm ^3, a o ploche 96 cm ² . Pomer bude 1,5/1.

Naopak, ak vezmeme tú istú kocku a rozdelíme ju na 8 dvojcentimetrových kociek, pomer bude 3/1.

Z tohto dôvodu, ak organizmus zväčší svoju veľkosť, čo je prospešné z viacerých hľadísk, napríklad pri hľadaní potravy, pohyblivých alebo unikajúcich predátoroch, je výhodné tak urobiť zvýšením počtu buniek, a tým udržaním primeraného povrchu pre zvieratá. procesy výmeny.

Výhody, že sa jedná o mnohobunkový organizmus

Výhody bytia mnohobunkových organizmov presahujú iba zväčšenie jeho veľkosti. Mnohobunková schopnosť umožnila zvýšenie biologickej zložitosti a vytvorenie nových štruktúr.

Tento jav umožnil vývoj vysoko sofistikovaných spôsobov spolupráce a doplnkového správania medzi biologickými entitami, ktoré tvoria systém.

Nevýhody bytia mnohobunkových organizmov

Napriek týmto výhodám nájdeme príklady - podobne ako v prípade niektorých druhov húb - stratu mnohobunkovosti, ktorá sa vracia do pôvodného stavu jednobunkových bytostí.

Ak kooperatívne systémy zlyhajú medzi bunkami v tele, môžu to mať za následok negatívne následky. Naj ilustratívnejším príkladom je rakovina. Existuje však niekoľko ciest, ktoré vo väčšine prípadov dokážu zabezpečiť spoluprácu.

Aké boli prvé mnohobunkové organizmy?

Podľa niektorých autorov (napr. Selden & Nudds, 2012) sa počiatky mnohobunkovej činnosti začali sledovať až do veľmi vzdialenej minulosti, pred viac ako miliardou rokov.

Pretože v fosílnych záznamoch boli prechodné formy slabo zachované, o nich a ich fyziologii, ekológii a evolúcii je známe len málo, čo sťažuje proces budovania rekonštrukcie začiatočnej mnohobunkovosti.

V skutočnosti nie je známe, či tieto prvé fosílie boli zvieratá, rastliny, huby alebo akákoľvek z týchto línií. Fosílie sa vyznačujú tým, že sú to ploché organizmy s veľkým povrchom / objemom.

Vývoj mnohobunkových organizmov

Pretože sú mnohobunkové organizmy zložené z niekoľkých buniek, prvým krokom v evolučnom vývoji tohto stavu by malo byť zoskupenie buniek. Môže sa to stať rôznymi spôsobmi:

Koloniálna a symbiotická hypotéza

Tieto dve hypotézy naznačujú, že pôvodným predkom viacbunkových bytostí boli kolónie alebo jednobunkové bytosti, ktoré spolu nadviazali symbiotické vzťahy.

Zatiaľ nie je známe, či bol agregát vytvorený z buniek s rozdielnou genetickou identitou (ako je biofilm alebo biofilm) alebo z kmeňových a dcérskych buniek - geneticky identických. Druhá možnosť je možnejšia, pretože v príbuzných bunkách nedochádza ku genetickým konfliktom záujmov.

Prechod od jednobunkových bytostí k mnohobunkovým organizmom zahŕňa niekoľko krokov. Prvým je postupné rozdelenie práce medzi bunky, ktoré spolupracujú. Niektoré majú somatické funkcie, zatiaľ čo iné sa stávajú reprodukčnými prvkami.

Každá bunka sa tak stáva závislejšou od svojich susedov a získava špecializáciu na konkrétnu úlohu. Selekcia uprednostňovala organizmy, ktoré sa zhlukovali v týchto skorých kolóniách pred tými, ktoré zostali osamelé.

Vedci v súčasnosti hľadajú v porovnaní s jednobunkovými formami možné podmienky, ktoré viedli k vytvoreniu týchto zoskupení, a príčiny, ktoré by mohli viesť k ich prospechu. Používajú sa koloniálne organizmy, ktoré by mohli pripomínať hypotetické predkové kolónie.

Hypotéza syntézy

Syncytium je bunka, ktorá obsahuje viac jadier. Táto hypotéza naznačuje vytvorenie vnútorných membrán v predkom syncytiu, čo umožňuje vývoj viacerých kompartmentov v rámci jednej bunky.

Pôvod mnohobunkových organizmov

Súčasné dôkazy poukazujú na skutočnosť, že mnohobunkový stav sa objavil nezávisle na viac ako 16 líniách eukaryot, vrátane zvierat, rastlín a húb.

Aplikácia nových technológií, ako je genomika a pochopenie fylogenetických vzťahov, nám umožnila naznačiť, že mnohobunkovosť nasledovala spoločnú trajektóriu, počnúc kooptáciou génov súvisiacich s adherenciou. Vytvorením týchto kanálov sa dosiahla komunikácia medzi bunkami.

Referencie

1. Brunet, T. a King, N. (2017). Pôvod mnohobunkovosti zvierat a diferenciácie buniek. Vývojová bunka, 43 (2), 124 - 140.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biológia. Panamerican Medical Ed.
3. Knoll, AH (2011). Viacnásobný pôvod komplexnej mnohobunkovosti. Ročný prehľad vied o Zemi a planéte, 39, 217 - 239.
4. Michod, RE, Viossat, Y., Solari, CA, Hurand, M. a Nedelcu, AM (2006). Vývoj životných dejín a pôvod mnohobunkovosti. Journal of teoretická biológia, 239 (2), 257-272.
5. Ratcliff, WC, Denison, RF, Borrello, M. a Travisano, M. (2012). Experimentálny vývoj mnohobunkovosti. Zborník Národnej akadémie vied, 109 (5), 1595-1600.
6. Roze, D., & Michod, RE (2001). Mutácia, viacúrovňový výber a vývoj veľkosti propagácie počas vzniku mnohobunkovej aktivity. The American Naturalist, 158 (6), 638 - 654.
7. Selden, P., & Nudds, J. (2012). Vývoj fosílnych ekosystémov. CRC Stlačte.