Pierwsze pochodzenie organizmów wielokomórkowych, charakterystyka, powstawanie i ewolucja



The pierwsze organizmy wielokomórkowe, Zgodnie z jedną z najbardziej akceptowanych hipotez zaczęli grupować się w kolonie lub w związki symbiotyczne. Z upływem czasu interakcje między członkami kolonii zaczęły być kooperatywne i korzystne dla wszystkich.

Stopniowo każda komórka przeszła proces specjalizacji dla określonych zadań, zwiększając stopień zależności od swoich partnerów. Zjawisko to było kluczowe w ewolucji, pozwalając na istnienie złożonych istot, zwiększając ich rozmiar i dopuszczając różne układy narządów.

Organizmy wielokomórkowe to organizmy złożone z kilku komórek - takich jak zwierzęta, rośliny, niektóre grzyby itp. Obecnie istnieje wiele teorii wyjaśniających pochodzenie istot wielokomórkowych opartych na jednokomórkowych formach życia, które zostały później pogrupowane.

Indeks

  • 1 Dlaczego organizmy wielokomórkowe?
    • 1.1 Stosunek wielkości komórek i objętości powierzchni (S / V)
    • 1.2 Bardzo duża komórka ma ograniczoną powierzchnię wymiany
    • 1.3 Zalety bycia organizmem wielokomórkowym
    • 1.4 Wady bycia organizmem wielokomórkowym
  • 2 Jakie były pierwsze organizmy wielokomórkowe?
  • 3 Ewolucja organizmów wielokomórkowych
    • 3.1 Hipoteza kolonialna i symbiotyczna
    • 3.2 Hipoteza syncytium
  • 4 Pochodzenie organizmów wielokomórkowych
  • 5 referencji

Dlaczego organizmy wielokomórkowe?

Przejście od organizmów jednokomórkowych do organizmów wielokomórkowych jest jednym z najbardziej ekscytujących i dyskutowanych pytań wśród biologów. Jednak przed omówieniem możliwych scenariuszy, które doprowadziły do ​​wielokomórkowości, musimy zadać sobie pytanie, dlaczego konieczne lub korzystne jest bycie organizmem złożonym z wielu komórek.

Stosunek wielkości komórek i objętości powierzchni (S / V)

Średnia komórka, która jest częścią ciała warzywa lub zwierzęcia ma średnicę od 10 do 30 mikrometrów. Organizm nie może zwiększyć rozmiaru po prostu poprzez zwiększenie rozmiaru pojedynczej komórki z powodu ograniczenia narzuconego przez związek między powierzchnią a objętością.

Różne gazy (takie jak tlen i dwutlenek węgla), jony i inne cząsteczki organiczne muszą wchodzić do komórki i opuszczać ją, przekraczając powierzchnię ograniczoną przez błonę plazmową.

Stamtąd musi rozprzestrzeniać się przez całą objętość komórki. Zatem związek między powierzchnią a objętością jest niższy w dużych komórkach, jeśli porównamy go z tym samym parametrem w większych komórkach.

Bardzo duża komórka ma ograniczoną powierzchnię wymiany

Podążając za tym rozumowaniem, możemy dojść do wniosku, że powierzchnia wymiany zmniejsza się proporcjonalnie do wzrostu rozmiaru komórki. Jako przykład zastosujmy kostkę 4 cm o objętości 64 cm3 i powierzchnia 96 cm2. Stosunek wyniesie 1,5 / 1.

W przeciwieństwie do tego, jeśli weźmiemy ten sam sześcian i podzielimy go na 8 kostek o średnicy dwóch centymetrów, stosunek wyniesie 3/1.

Dlatego też, jeśli organizm zwiększa swoją wielkość, co jest korzystne w kilku aspektach, takich jak poszukiwanie pożywienia, poruszanie się lub ucieczka przed drapieżnikami, lepiej jest to zrobić przez zwiększenie liczby komórek, a tym samym utrzymanie odpowiedniej powierzchni dla procesy wymiany.

Zalety bycia organizmem wielokomórkowym

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

Zjawisko to pozwoliło na ewolucję bardzo wyrafinowanych ścieżek współpracy i zachowań komplementarnych między jednostkami biologicznymi tworzącymi system.

Wady bycia organizmem wielokomórkowym

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

Gdy systemy współpracy zawodzą między komórkami organizmu, można wygenerować negatywne konsekwencje. Najbardziej ilustracyjnym przykładem jest rak. Istnieje jednak wiele sposobów, które w większości przypadków zapewniają współpracę.

Jakie były pierwsze organizmy wielokomórkowe?

Według niektórych autorów początki wielokomórkowości sięgają bardzo odległej przeszłości, ponad 1000 milionów lat temu (na przykład Selden i Nudds, 2012).

Ponieważ formy przejścia były słabo zachowane w zapisie kopalnym, niewiele wiadomo o nich i fizjologii, ekologii i ewolucji, co utrudnia proces opracowywania rekonstrukcji początkowej wielokomórkowości..

W rzeczywistości nie wiadomo, czy te pierwsze skamieniałości były zwierzętami, roślinami, grzybami lub jakąkolwiek z tych linii. Skamieniałości charakteryzują się obecnością płaskich organizmów o dużej powierzchni / objętości.

Ewolucja organizmów wielokomórkowych

Ponieważ organizmy wielokomórkowe składają się z kilku komórek, pierwszym krokiem ewolucyjnej ewolucji tego warunku 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 relacje symbiotyczne ze sobą.

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

Przejście istot składających się z pojedynczej komórki do organizmów wielokomórkowych obejmuje kilka etapów. Pierwszym jest stopniowy podział pracy wewnątrz komórek, które działają razem. Niektóre przyjmują funkcje somatyczne, podczas gdy inne stają się elementami reprodukcyjnymi.

W ten sposób każda komórka staje się bardziej zależna od swoich sąsiadów i zyskuje specjalizację w określonym zadaniu. Selekcja faworyzowała organizmy zgrupowane w tych prymitywnych koloniach nad tymi, które pozostały w odosobnieniu.

Obecnie naukowcy poszukują możliwych warunków, które doprowadziły do ​​powstania tych grup i przyczyn, które mogą prowadzić do ich faworyzowania - w obliczu form jednokomórkowych. Wykorzystywane są organizmy kolonialne, które pamiętają hipotetyczne kolonie przodków.

Hipoteza Syncitio

Syncytium jest komórką zawierającą wiele jąder. Hipoteza ta sugeruje powstawanie wewnętrznych błon w obrębie syncytium przodków, umożliwiając rozwój wielu przedziałów w pojedynczej komórce.

Pochodzenie organizmów wielokomórkowych

Obecnie stosowane dowody wskazują, że stan wielokomórkowy występował niezależnie w ponad 16 liniach eukariotycznych, w tym zwierzętach, roślinach i grzybach..

Zastosowanie nowych technologii, takich jak genomika i zrozumienie zależności filogenetycznych, pozwoliło nam zasugerować, że wielokomórkowość podąża wspólną ścieżką, zaczynając od kooptacji genów związanych z przyleganiem. Utworzenie tych kanałów umożliwiło komunikację między komórkami.

Referencje

  1. Brunet, T. i King, N. (2017). Pochodzenie wielokomórkowości zwierząt i różnicowanie komórek. Komórka rozwojowa, 43(2), 124-140.
  2. Curtis, H. i Schnek, A. (2008). Curtis. Biologia. Ed. Panamericana Medical.
  3. Knoll, A. H. (2011). Wiele źródeł złożonej wielokomórkowości. Roczny przegląd nauk o ziemi i planetach, 39, 217-239.
  4. Michod, R.E., Viossat, Y., Solari, C.A., Hurand, M., i Nedelcu, A.M. (2006). Ewolucja historii życia i pochodzenie wielokomórkowości. Journal of theoretical biology, 239(2), 257-272.
  5. Ratcliff, W.C., Denison, R.F., Borrello, M., i Travisano, M. (2012). Eksperymentalna ewolucja wielokomórkowości. Materiały z Narodowej Akademii Nauk, 109(5), 1595-1600.
  6. Roze, D. i Michod, R. E. (2001). Mutacja, wielopoziomowa selekcja i ewolucja wielkości propaguli podczas powstawania wielokomórkowości. The American Naturalist, 158(6), 638-654.
  7. Selden, P., i Nudds, J. (2012). Ewolucja ekosystemów kopalnych. CRC Naciśnij.