PRVNÍ MNOHOBUNĚČNÉ ORGANISMY: PŮVOD, VLASTNOSTI - BIOLOGIE - 2025

Na první mnohobuněčné organismy, podle jednoho z nejvíce uznávaných hypotéz, začal skupinu v koloniích nebo v symbiotických vztahů. Postupem času začaly interakce mezi členy kolonie spolupracovat a být prospěšné pro všechny.

Každá buňka postupně prošla procesem specializace na specifické úkoly, čímž se zvýšila míra závislosti na jejích společnících. Tento jev byl v evoluci zásadní, umožňoval existenci složitých bytostí, zvětšoval jejich velikost a připouštěl různé orgánové systémy.

Koloniální organismy, jako je Volvox, nám umožňují hypotézovat o potenciálních vlastnostech předků mnohobuněčných organismů. Zdroj: Frank Fox

Vícebuněčné organismy jsou organismy tvořené několika buňkami - jako jsou zvířata, rostliny, některé houby atd. V současné době existuje mnoho teorií, které vysvětlují původ mnohobuněčných bytostí počínaje jednobuněčnými formami života, které se později seskupily.

Proč existují mnohobuněčné organismy?

Přechod z jednobuněčných na mnohobuněčné organismy je jednou z nejzajímavějších a nejkontroverznějších otázek mezi biology. Než však budeme diskutovat o možných scénářích, které vedly k mnohobuněčnosti, musíme si položit otázku, proč je nezbytné nebo prospěšné být organismem složeným z mnoha buněk.

Velikost buňky a poměr povrchu k objemu (S / V)

Průměrná buňka, která je součástí těla rostliny nebo zvířete, měří průměr 10 až 30 mikrometrů. Organismus nemůže růst ve velikosti pouhým rozšířením velikosti jedné buňky z důvodu omezení uloženého poměrem povrchové plochy k objemu.

Různé plyny (jako je kyslík a oxid uhličitý), ionty a jiné organické molekuly musí vstoupit do buňky a opustit ji, procházet povrchem, který je vymezen plazmatickou membránou.

Odtud se musí šířit po celém objemu buňky. Vztah mezi povrchovou plochou a objemem je tedy u velkých buněk nižší, pokud jej porovnáme se stejným parametrem ve větších buňkách.

Velmi velká buňka má omezený povrch výměny

Na základě tohoto zdůvodnění můžeme dojít k závěru, že povrch výměny klesá úměrně se zvyšováním velikosti buněk. Použijme 4 cm kostku jako příklad, o objemu 64 cm ^3, a o ploše 96 cm ². Poměr bude 1,5/1.

Naopak, pokud vezmeme stejnou krychli a rozdělíme ji na 8 dvou centimetrových krychlí, bude poměr 3/1.

Z tohoto důvodu, pokud organismus zvětšuje svou velikost, což je prospěšné v několika aspektech, například při hledání potravy, lokomoce nebo unikajících predátorů, je výhodné tak učinit zvýšením počtu buněk, a tím udržením přiměřeného povrchu pro zvířata. výměnné procesy.

Výhody bytí mnohobuněčného organismu

Výhody, že je mnohobuněčný organismus, přesahují pouhý nárůst velikosti. Mnohobuněčnost umožnila zvýšení biologické složitosti a vytvoření nových struktur.

Tento jev umožnil vývoj vysoce sofistikovaných způsobů spolupráce a doplňkového chování mezi biologickými entitami, které tvoří systém.

Nevýhody bytí mnohobuněčného organismu

Navzdory těmto výhodám najdeme příklady - stejně jako u několika druhů hub - ztráty vícebuněčnosti, návrat k stavu předků jednobuněčných bytostí.

Pokud kooperativní systémy selhávají mezi buňkami v těle, mohou mít negativní důsledky. Nej ilustrativnějším příkladem je rakovina. Existuje však několik cest, které ve většině případů dokáží zajistit spolupráci.

Jaké byly první mnohobuněčné organismy?

Podle některých autorů (např. Selden & Nudds, 2012) byly počátky mnohobuněčnosti zaznamenány do velmi vzdálené minulosti, před více než 1 miliardou let.

Protože v fosilních záznamech byly přechodné formy špatně konzervovány, o nich a jejich fyziologii, ekologii a evoluci je známo jen málo, což ztěžuje proces konstrukce rekonstrukce počínající mnohobuněčnosti.

Ve skutečnosti není známo, zda tyto první fosílie byly zvířata, rostliny, houby nebo některá z těchto linií. Fosílie se vyznačují plochými organismy s vysokou povrchovou plochou / objemem.

Evoluce mnohobuněčných organismů

Protože jsou mnohobuněčné organismy složeny z několika buněk, prvním krokem v evolučním vývoji tohoto stavu by mělo být seskupení buněk. K tomu by mohlo dojít různými způsoby:

Koloniální a symbiotická hypotéza

Tyto dvě hypotézy naznačují, že původním předkem mnohobuněčných bytostí byly kolonie nebo jednobuněčné bytosti, které spolu navázaly symbiotické vztahy.

Dosud není známo, zda byl agregát vytvořen z buněk s rozdílnou genetickou identitou (jako je biofilm nebo biofilm) nebo z kmenových a dceřiných buněk - geneticky identických. Druhá možnost je možná, protože genetickým střetům zájmů se v souvisejících buňkách vyhýbá.

Přechod z jednobuněčných bytostí na mnohobuněčné organismy zahrnuje několik kroků. Prvním je postupné dělení práce v buňkách, které pracují společně. Někteří mají somatické funkce, zatímco jiní se stávají reprodukčními prvky.

Každá buňka se tak stává více závislou na svých sousedech a získává specializaci na konkrétní úkol. Selekce upřednostňovala organismy, které se shlukovaly v těchto časných koloniích před těmi, které zůstaly osamělé.

V dnešní době vědci hledají možné podmínky, které vedly k vytvoření takových shluků, a příčiny, které by mohly vést k jejich prospěch - proti jednobuněčným formám. Používají se koloniální organismy, které by mohly připomínat hypotetické předkové kolonie.

Hypotéza syncytia

Syncytium je buňka, která obsahuje více jader. Tato hypotéza naznačuje vytvoření vnitřních membrán uvnitř předků syncytia, což umožňuje vývoj více kompartmentů v jedné buňce.

Původ mnohobuněčných organismů

Současný důkaz poukazuje na skutečnost, že mnohobuněčný stav se objevil nezávisle na více než 16 liniích eukaryot, včetně zvířat, rostlin a hub.

Použití nových technologií, jako je genomika a porozumění fylogenetickým vztahům, nám umožnilo naznačit, že mnohobuněčnost sledovala společnou trajektorii, počínaje kooptací genů souvisejících s adherencí. Vytvoření těchto kanálů dosáhlo komunikace mezi buňkami.

Reference

1. Brunet, T., & King, N. (2017). Původ mnohobuněčnosti a buněčné diferenciace zvířat. Vývojová buňka, 43 (2), 124-140.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biologie. Panamerican Medical Ed.
3. Knoll, AH (2011). Mnohočetné počátky složité mnohobuněčnosti. Roční přehled o Zemi a planetárních vědách, 39, 217-239.
4. Michod, RE, Viossat, Y., Solari, CA, Hurand, M. a Nedelcu, AM (2006). Evoluce dějin života a původ mnohobuněčnosti. Journal of teoretická biologie, 239 (2), 257-272.
5. Ratcliff, WC, Denison, RF, Borrello, M., & Travisano, M. (2012). Experimentální vývoj mnohobuněčnosti. Sborník Národní akademie věd, 109 (5), 1595-1600.
6. Roze, D., & Michod, RE (2001). Mutace, víceúrovňový výběr a vývoj velikosti propagule během vzniku mnohobuněčnosti. The American Naturalist, 158 (6), 638-654.
7. Selden, P., & Nudds, J. (2012). Vývoj fosilních ekosystémů. CRC Stiskněte.