Многоклеточные организмы что это такое
Многоклеточные организмы: признаки и развитие
Живой мир наполнен головокружительным множеством живых существ. Большинство организмов состоят только из одной клетки и не видимы невооруженным глазом. Многие из них становятся заметными исключительно под микроскопом. Другие, такие как кролик, слон или сосна, а также человек, сделаны из многих клеток, и эти многоклеточные организмы также в огромном количестве населяют весь наш мир.
Строительные блоки жизни
Структурными и функциональными единицами всех живых организмов являются клетки. Их еще называют строительными блоками жизни. Все живые организмы состоят из клеток. Эти структурные единицы были открыты Робертом Гуком еще в 1665 году. В организме человека насчитывается около ста триллионов клеток. Размер одной составляет около десяти микрометров. Ячейка содержит клеточные органеллы, которые контролируют ее активность.
Существуют одноклеточные и многоклеточные организмы. Первые состоят из одной клетки, например бактерии, а вторые включают растения и животных. Количество ячеек зависит от вида. Размер большинства клеток растений и животных клетках составляет от одного до ста микрометров, поэтому они видны под микроскопом.
Одноклеточные организмы
Самые маленькие составляют около трехсот нанометров, а некоторые могут достигать размеров до двадцати сантиметров. Такие организмы обычно имеют реснички и жгутики, которые помогают им при перемещении. Они имеют простой корпус с базовыми функциями. Размножение может быть как бесполое, так и половое. Питание осуществляется обычно в процессе фагоцитоза, где частицы еды поглощаются и хранятся в специальных вакуолях, которые присутствуют в организме.
Живые существа, состоящие из более чем одной клетки, называются многоклеточными. Они состоят из единиц, которые идентифицируются и присоединяются друг к другу, образуя сложные многоклеточные организмы. Большинство из них видны невооруженным глазом. Такие организмы, как растения, некоторые животные и водоросли, появляются из одной клетки и вырастают в многоцепочечные организации. Обе категории живых существ, прокариоты и эукариоты, могут проявлять многоклеточность.
Механизмы возникновения многоклеточности
Существует три теории для обсуждения механизмов, с помощью которых может возникнуть многоклеточность:
Преимущества многоклеточности
Примеры многоклеточных организмов
Как уже говорилось выше, многоклеточные организмы бывают двух видов: прокариоты и эукариоты. К первому относят в основном бактерий. Некоторые цианобактерии, такие как чара или спирогира, являются также многоклеточными прокариотами, иногда их называют еще колониальными. Большинство эукариотических организмов также состоят из множества единиц. Они имеют хорошо развитую структуру тела, и у них есть специальные органы для выполнения определенных функций. Большинство хорошо развитых растений и животных являются многоклеточными. Примерами могут быть практически всех виды голосеменных и покрытосеменных растений. Почти все животные являются многоклечточными эукариотами.
Особенности и признаки многоклеточных организмов
Существует масса признаков, по которым можно с легкостью определить, является ли организм многоклеточным или нет. Среди можно выделить следующие:
Как растут многоклеточные организмы?
Все существа, от маленьких растений и насекомых до больших слонов, жирафов и даже людей, начинают свой путь как единичные простые клетки, называемые оплодотворенными яйцами. Чтобы вырасти в большой взрослый организм, они проходят через несколько определенных этапов развития. После оплодотворения яйца начинается процесс многоклеточного развития. На протяжении всего пути происходит рост и многократное деление отдельных ячеек. Эта репликация в конечном итоге создает конечный продукт, который является сложным, полностью сформированным живым существом.
Разделение клеток создает ряд сложных моделей, определяющихся геномами, которые являются практически идентичными во всех клетках. Это разнообразие приводит к экспрессии генов, которая контролирует четыре стадии развития клеток и эмбрионов: пролиферацию, специализацию, взаимодействие и движение. Первая включает в себя репликацию многих клеток из одного источника, вторая имеет отношение к созданию клеток с выделенными, определенными характеристиками, третья включает в себя распространение информации между ячейками, а четвертая отвечает за размещение клеток по всему телу для образования органов, тканей, костей и других физических характеристик развитых организмов.
Несколько слов о классификации
Среди многоклеточных существ выделяют две большие группы:
Важным этапом за всю историю планеты стало появление многоклеточности в процессе эволюционного развития. Это послужило мощным толчком для увеличения биологического разнообразия и его дальнейшего развития. Главным признаком многоклеточного организма является четкое распределение клеточных функций, обязанностей, а также установка и налаживание устойчивых и прочных контактов между ними. Другими словами, это многочисленная колония клеток, которая в силах сохранять фиксированное положение на протяжении всего жизненного цикла живого существа.
Многоклеточные организмы: характеристики, функции и примеры
Содержание:
А многоклеточный организм это живое существо, состоящее из множества клеток. Также часто используется термин многоклеточный. Органические существа, которые нас окружают и за которыми мы можем наблюдать невооруженным глазом, многоклеточны.
Наиболее заметной характеристикой этой группы организмов является уровень структурной организации, которым они обладают. Клетки, как правило, специализируются на выполнении очень специфических функций и группируются в ткани. По мере того, как мы усложняемся, ткани образуют органы, а органы образуют системы.
Эта концепция противоположна концепции одноклеточных организмов, которые состоят из одной клетки. К этой группе относятся, среди прочего, бактерии, археи, простейшие. В этой большой группе организмы должны сосредоточить все основные жизненные функции (питание, размножение, обмен веществ и т. Д.) В одной клетке.
Происхождение и эволюция
Многоклеточность эволюционировала в различных линиях эукариот, что привело к появлению растений, грибов и животных. Согласно имеющимся данным, многоклеточные цианобактерии возникли на раннем этапе эволюции, а впоследствии другие многоклеточные формы появились независимо в разных эволюционных линиях.
Очевидно, что переход от одноклеточного к многоклеточному образованию происходил на ранних этапах эволюции и неоднократно. По этим причинам логично предположить, что многоклеточность представляет собой сильные селективные преимущества для органических существ. Позже мы подробно обсудим преимущества многоклеточности.
Чтобы получить этот феномен, необходимо было сделать несколько теоретических предположений: адгезии между соседними клетками, коммуникация, кооперация и специализация между ними.
Предшественники многоклеточных организмов
Подсчитано, что многоклеточные организмы произошли от своих одноклеточных предков около 1,7 миллиарда лет назад. В этом наследственном событии некоторые одноклеточные эукариотические организмы сформировали разновидности многоклеточных агрегатов, которые, по-видимому, представляют собой эволюционный переход от организмов клетки к многоклеточным.
Сегодня мы наблюдаем живые организмы, которые демонстрируют такой образец кластеризации. Например, зеленые водоросли рода Volvox они объединяются со своими сверстниками, образуя колонию. Считается, что должен был существовать предшественник, похожий на Volvox из которых возникли нынешние растения.
Увеличение специализации каждой клетки может привести к тому, что колония станет настоящим многоклеточным организмом. Однако для объяснения происхождения одноклеточных организмов можно применить и другой взгляд. Чтобы объяснить оба способа, мы будем использовать два примера из существующих видов.
Вольвокообразные
Эта группа организмов состоит из конфигураций клеток. Например, организм рода Гониум Он состоит из плоской «пластинки», содержащей от 4 до 16 клеток, каждая со своим жгутиком. Пол Пандорина, со своей стороны, это сфера из 16 ячеек. Таким образом, мы находим несколько примеров, когда количество ячеек увеличивается.
Есть роды, которые демонстрируют интересный образец дифференциации: каждая клетка в колонии играет «роль», как и в организме. В частности, соматические клетки делятся от половых клеток.
Диктиостелиум
Другой пример многоклеточного устройства у одноклеточных организмов находится в роде Диктиостелиум. Жизненный цикл этого организма включает половую и бесполую фазы.
Во время бесполого цикла одиночная амеба развивается на гниющих бревнах, питается бактериями и размножается путем бинарного деления. Во время нехватки пищи значительное количество этих амеб объединяется в слизистое тело, способное передвигаться в темноте и влажной среде.
Оба примера живых видов могут быть возможным показателем того, как возникла многоклеточность в древние времена.
Преимущества многоклеточности
Это правда, что природа экспериментировала с относительно крупными одноклеточными формами, такими как одноклеточные водоросли, но эти случаи редки и очень редки.
Одноклеточные организмы добились успеха в эволюционной истории живых существ. Они составляют более половины от общей массы живых организмов и успешно колонизировали самые экстремальные условия. Однако в чем преимущества многоклеточного тела?
Оптимальная площадь поверхности
Почему большой организм состоит из мелких клеток лучше, чем большая клетка? Ответ на этот вопрос связан с площадью поверхности.
Поверхность клетки должна быть способной опосредовать обмен молекулами изнутри клетки во внешнюю среду. Если клеточная масса разделена на мелкие единицы, площадь поверхности, доступная для метаболической активности, увеличивается.
Специализация
С биохимической точки зрения многие одноклеточные организмы универсальны и способны синтезировать практически любую молекулу, исходя из очень простых питательных веществ.
Более того, если «часть» тела поражена или умирает, это не приводит к смерти всего человека.
Колонизация ниш
Многоклеточные организмы лучше приспособлены к жизни в определенных средах, которые были бы полностью недоступны для одноклеточных форм.
Самый необычный набор приспособлений включает те, которые позволили колонизировать землю. В то время как одноклеточные организмы живут в основном в водной среде, многоклеточные формы сумели колонизировать землю, воздух и океаны.
Разнообразие
Одним из последствий того, что они состоят из более чем одной клетки, является возможность представить себя в разных «формах» или морфологиях. По этой причине многоклеточность приводит к большему разнообразию органических существ.
В этой группе живых существ мы находим миллионы форм, специализированных систем органов и моделей поведения. Это обширное разнообразие увеличивает количество типов окружающей среды, которые организмы способны использовать.
Возьмем, к примеру, членистоногих. Эта группа представляет собой огромное разнообразие форм, которым удалось колонизировать практически все среды обитания.
характеристики
Организация
Многоклеточные организмы характеризуются прежде всего иерархической организацией своих структурных элементов. Кроме того, у них есть эмбриональное развитие, жизненные циклы и сложные физиологические процессы.
Таким образом, живая материя представляет собой разные уровни организации, где, поднимаясь с одного уровня на другой, мы обнаруживаем нечто качественно иное, и у него есть свойства, которых не было на предыдущем уровне. Более высокие уровни организации содержат все нижние. Таким образом, каждый уровень является составной частью более высокого порядка.
Дифференциация клеток
Типы клеток, из которых состоят многоклеточные существа, отличаются друг от друга, поскольку они синтезируют и накапливают различные типы РНК и белковых молекул.
Они делают это без изменения генетического материала, то есть последовательности ДНК. Независимо от того, насколько разные клетки у одного человека, у них одинаковая ДНК.
Этот феномен был доказан благодаря серии классических экспериментов, в которых ядро полностью развитой клетки лягушки вводится в яйцеклетку, ядро которой было удалено. Новое ядро способно направлять процесс развития, и в результате получается нормальный головастик.
Подобные эксперименты были проведены на растительных организмах и млекопитающих, и были получены те же выводы.
У людей, например, мы находим более 200 типов клеток с уникальными характеристиками с точки зрения их структуры, функций и метаболизма. Все эти клетки происходят из одной клетки после оплодотворения.
Образование ткани
Многоклеточные организмы состоят из клеток, но они не сгруппированы случайным образом для образования однородной массы. Напротив, клетки имеют тенденцию к специализации, то есть они выполняют определенную функцию в организме.
Клетки, которые похожи друг на друга, сгруппированы вместе на более высоком уровне сложности, называемом тканями. Клетки удерживаются вместе особыми белками и межклеточными соединениями, которые устанавливают связи между цитоплазмами соседних клеток.
Ткани животных
У более сложных животных мы находим ряд тканей, которые классифицируются в соответствии с их функцией и клеточной морфологией их компонентов: мышечная, эпителиальная, соединительная или соединительная и нервная ткань.
Мышечная ткань состоит из сократительных клеток, которые способны преобразовывать химическую энергию в механическую энергию и связаны с функциями подвижности. Они подразделяются на скелетные, гладкие и сердечные мышцы.
Эпителиальная ткань отвечает за выстилку органов и полостей. Они также входят в паренхиму многих органов.
Наконец, нервная ткань отвечает за восприятие внутренних или внешних раздражителей, которые получает организм, и за преобразование их в нервный импульс.
Ткани многоклеточных животных обычно устроены подобным образом. Однако морские или пористые губки, которые считаются простейшими многоклеточными животными, имеют очень специфическую схему.
Ткани в растениях
У растений клетки сгруппированы в ткани, которые выполняют определенную функцию. Их особенность заключается в том, что есть только один тип ткани, в которой клетки могут активно делиться, и это меристематическая ткань. Остальные ткани называют взрослыми, и они утратили способность делиться.
Они классифицируются как защитные ткани, которые, как следует из названия, несут ответственность за защиту тела от высыхания и любого механического износа. Он подразделяется на эпидермальную и пробковую ткань.
Основные ткани или паренхима составляют большую часть тела растительного организма и заполняют внутреннюю часть тканей. В этой группе мы находим ассимилирующую паренхиму, богатую хлоропластами; к резервной паренхиме, типичной для плодов, корней и стеблей, а также к паренхиме, проводящей соли, воду и выработанный сок.
Формирование органа
На более высоком уровне сложности мы находим органы. Один или несколько типов тканей связаны, чтобы дать начало органу. Например, сердце и печень животных; и листья и стебли растений.
Системное обучение
На следующем уровне у нас есть группировка органов. Эти структуры сгруппированы в системы для управления конкретными функциями и скоординированной работы. Среди наиболее известных систем органов у нас есть пищеварительная система, нервная система и система кровообращения.
Формирование организма
Группируя системы органов вместе, мы получаем дискретный и независимый организм. Наборы органов способны выполнять все жизненно важные функции, рост и развитие, чтобы поддерживать организм в живых.
Жизненно важные функции
Жизненно важная функция органических существ включает процессы питания, взаимодействия и воспроизводства. Многоклеточные организмы демонстрируют очень разнородные процессы в рамках своих жизненных функций.
Репродукция тоже очень разнообразна. У растений и животных есть виды, способные к размножению половым или бесполым путем, либо к обоим репродуктивным модальностям.
Примеры
Одноклеточные и многоклеточные организмы. Ткани и органы.
Теория для подготовки к блоку №2 ОГЭ по биологии: признаки живых организмов
Необычайное разнообразие живых существ на планете вынуждает находить различные критерии для их классификации. Так, их относят к клеточным и неклеточным формам жизни, поскольку клетки являются единицей строения почти всех известных организмов — растений, животных, грибов и бактерий, тогда как вирусы являются неклеточными формами.
Одноклеточные организмы
В зависимости от количества клеток, входящих в состав
Метаболизм — обмен веществ и энергии.
Колониальные организмы
Колониальными называют организмы, у которых в процессе бесполого размножения дочерние особи остаются соединенными с материнским организмом, образуя более или менее сложное объединение — колонию. Кроме колоний многоклеточных организмов, таких как коралловые полипы, имеются и колонии одноклеточных, в частности водоросли пандорина и эвдорина. Колониальные организмы, по-видимому, были промежуточным звеном в процессе возникновения многоклеточных.
Многоклеточные организмы
Многоклеточные организмы, вне всякого сомнения, обладают более высоким уровнем организации, чем одноклеточные, поскольку их тело образовано множеством клеток. В отличие от колониальных, которые также могут иметь более одной клетки, у многоклеточных организмов клетки специализируются на выполнении различных функций, что отражается и в их строении. Платой за эту специализацию является утрата их клетками способности к самостоятельному существованию, а зачастую и к воспроизведению себе подобных. Деление отдельной клетки приводит к росту многоклеточного организма, но не к его размножению.
Онтогенез — индивидуальное развитие организма
Ткани и органы
Ткань — совокупность клеток и межклеточного вещества, выполняющая в организме определённую роль.
Различают простые ткани, состоящие из клеток одного типа, и сложные, состоящие из нескольких типов клеток. Например, эпидермис у растений состоит из собственно покровных клеток, а также замыкающих и побочных клеток, образующих устьичные аппараты.
Из тканей формируются органы. В состав
Ткань — совокупность клеток и межклеточного вещества, выполняющая в организме определённую роль.
Органы, выполняющие общие функции, образуют системы органов. У растений выделяют образовательные, покровные, механические, проводящие и основные ткани.
Ткани растений
Образовательные ткани
Клетки образовательных тканей (
Покровные ткани
Покровные ткани расположены на границе с внешней средой, т. е. на поверхности корней, стеблей, листьев и других органов. Они защищают внутренние структуры растения от повреждений, действия низких и высоких температур, излишнего испарения и иссушения, проникновения болезнетворных организмов и т. п. Кроме того, покровные ткани регулируют газообмен и испарение воды. К покровным
Ткань — совокупность клеток и межклеточного вещества, выполняющая в организме определённую роль.
Механические ткани
Механические ткани (колленхима и склеренхима) выполняют опорную и защитную функции, придавая прочность
Проводящие ткани
Проводящие ткани обеспечивают в организме растения передвижение воды и растворенных в ней веществ.
Основные ткани
Основные ткани, или паренхима, составляют основную часть тела растения. В зависимости от расположения в организме растения и особенностей среды его обитания основные ткани способны выполнять различные функции — осуществлять
Как вы помните из курса биологии 6-го класса, у растений выделяют вегетативные и генеративные органы. Вегетативными органами являются
Органы бесполого размножения растений называются спорангиями. Они располагаются поодиночке или объединяются в сложные структуры (например, сорусы у папоротников, спороносные колоски у хвощей и плаунов).
Органы полового размножения обеспечивают образование
Гамета — половая, или репродуктивная, клетка с гаплоидным набором хромосом.
Оплодотворение — слияние половых клеток.
Ткани животных
Эпителиальные ткани
Эпителиальные ткани покрывают организм снаружи, выстилают полости тела и стенки полых органов, входят в состав большинства желез. Эпителиальная ткань состоит из клеток, плотно прилегающих друг к другу, межклеточное вещество не развито. Главные функции эпителиальных тканей — защитная и секреторная.
Соединительные ткани
Соединительные ткани характеризуются хорошо развитым межклеточным веществом, в котором поодиночке или группами располагаются клетки. Межклеточное вещество, как правило, содержит большое количество волокон. Ткани внутренней среды — самая разнообразная по строению и функциям группа тканей животных. Сюда относятся костная, хрящевая и жировая ткани, собственно соединительные ткани (плотная и рыхлая волокнистые), а также
Мышечные ткани
Мышечные ткани характеризуются наличием сократительных элементов —
Нервная ткань
Нервная ткань состоит из нервных клеток (нейронов) и клеток глии. Нейроны способны возбуждаться в ответ на действие различных факторов, генерировать и проводить нервные импульсы. Глиальные клетки обеспечивают питание и защиту нейронов, формирование их оболочек.
Ткани животных участвуют в формировании органов, которые, в свою очередь, объединяются в системы органов. В организме позвоночных животных и человека различают следующие системы органов: костную, мышечную, пищеварительную, дыхательную, мочевыделительную, половую, кровеносную, лимфатическую, иммунную, эндокринную и нервную. Кроме того, у животных имеются различные сенсорные системы (зрительная, слуховая, обонятельная, вкусовая, вестибулярная и др.), с помощью которых организм воспринимает и анализирует разнообразные раздражители внешней и внутренней среды.
Любому живому организму свойственно получение из окружающей среды строительного и энергетического материала, обмен веществ и превращение энергии, рост, развитие, способность к размножению и т. п. У многоклеточных организмов разнообразные процессы жизнедеятельности (питание, дыхание, выделение и др.) реализуются благодаря взаимодействию определенных тканей и органов. При этом все процессы жизнедеятельности проходят под контролем регуляторных систем. Благодаря этому сложный многоклеточный организм функционирует как единое целое.
У животных к регуляторным системам относятся нервная и эндокринная. Они обеспечивают согласованную работу клеток, тканей, органов и их систем, обусловливают целостные реакции организма на изменения условий внешней и внутренней среды, направленные на поддержание гомеостаза. У растений жизненные функции регулируются с помощью различных биологически активных веществ (например, фитогормонов).
Таким образом, в многоклеточном организме все клетки, ткани, органы и системы органов взаимодействуют друг с другом, слаженно функционируют, благодаря чему организм представляет собой целостную биологическую систему.
Гипотезы возникновения многоклеточности
Рис. 1. Колония Dictyostelium в процессе агрегации (Автор Bruno in Columbus)
Многоклеточные организмы возникают различными путями, например, путем деления клеток или путем агрегации (соединения) множества отдельных клеток. Колониальные организмы являются результатом того, что отдельные индивидуальные клетки объединяются в колонию. Однако часто бывает трудно отделить колониальных простейших от настоящих многоклеточных организмов, потому что эти две концепции не различаются.
Многоклеточность развивалась независимо по меньшей мере в 46 раз у эукариот [статья на эту тему на английском языке тут], а также у некоторых прокариот, таких как цианобактерии, миксобактерии, актиномицеты, у экстремофильной бактерии Magnetoglobus multicellularis и у группы метановых архебактерий Methanosarcina.
Первым доказательством многоклеточности являются цианобактериоподобные организмы, которые жили 3–3,5 миллиарда лет назад.
Некоторые группы организмов в своем эволюционном развитии утратили многоклеточность.
Потеря многоклеточности также считается вероятной у некоторых зеленых водорослей (например, Chlorella vulgaris и некоторые из группы Ulvophyceae). В других группах, как правило, паразитах, происходило уменьшение количества клеток или уменьшение типов клеток (например, многие представители Myxozoa, многоклеточные организмы, ранее считавшиеся одноклеточными, являются паразитами морских животных).
Одна из гипотез о происхождении многоклеточности заключается в том, что группа функционально-специфических клеток объединяется в слизистую массу, которая перемещается как многоклеточная единица. Это в основном то, что делают слизевики.
Другая гипотеза состоит в том, что примитивная клетка подвергалась делению ядра, превращаясь в коеноцит (клетку с множеством ядер). Мембрана, в таком случае, сформировалась бы вокруг каждого ядра (и клеточного пространства и органелл, занятых в пространстве), таким образом приводя к группе связанных клеток в одном организме. Этот механизм наблюдается у дрозофилы.
Третья гипотеза состоит в том, что при разделении одноклеточного организма дочерние клетки не могли отделиться, что привело к конгломерации идентичных клеток в одном организме, что впоследствии могло развить специализированные ткани. Это то, что делают эмбрионы растений и животных, а также колониальные хоанофлагелляты.
Поскольку первые многоклеточные организмы были простыми, мягкими организмами, у которых не было костей, раковин или других твердых частей тела, они плохо сохранились в ископаемом материале. Одним из исключений может быть Обыкновенная губка (Demospongiae), которая, возможно, оставила химический след в древних породах.
Самые ранние окаменелости многоклеточных организмов включают Grypania spiralis (см. рисунок 1) и окаменелости черных сланцев палеопротерозойской фервильской группы в Габоне (2,5 млрд лет назад).
Рис. 2. Grypania spiralis в отложениях
Далее я более подробно расскажу о современных теориях возникновения многоклеточности:
Эта теория предполагает, что первые многоклеточные организмы произошли от симбиоза (кооперации) различных видов одноклеточных организмов, каждый из которых играет разные роли. Со временем эти организмы станут настолько зависимыми друг от друга, что не смогут выжить независимо, что в конечном итоге приведет к объединению их геномов в один многоклеточный организм. Каждый соответствующий организм стал бы отдельной линией дифференцированных клеток во вновь создаваемых видах.
Эта теория утверждает, что один одноклеточный организм с несколькими ядрами мог бы создать внутренние мембранные перегородки вокруг каждого из своих ядер.
Многие протисты, такие как инфузории или слизевики, могут иметь несколько ядер, что подтверждает эту гипотезу. Однако простого наличия нескольких ядер недостаточно для поддержки теории. Множественные ядра инфузорий различны и имеют четко дифференцированные функции. Макроядро служит потребностям организма, а микроядро используется для полового размножения с обменом генетического материала.
Синцитиальные слизевики образуются из отдельных амебоидных клеток, подобно синцитиальным тканям некоторых многоклеточных организмов, а не наоборот.
Чтобы считаться действительной, эта теория нуждается в наглядном примере и механизме образования многоклеточного организма из ранее существовавшего синцития.
Рис. 3. Слизевик Fuligo septica (Автор фото Kreis Tuttlingen)
Преимущество колониальной теории состоит в том, что она была обнаружена независимо в 16 различных типах простейших. Например, во время нехватки пищи амеба Dictyostelium (Рис. 1) группируется в колонии, которая перемещается как единое целое в новое место. Некоторые из этих амеб затем немного отличаются друг от друга.
Другими примерами колониальной организации у простейших является, например, Volvox sp. (Рис. 4), который состоит из 500-50000 клеток (в зависимости от вида), только часть из которых размножается.
Однако часто бывает трудно отделить колониальных протистов от настоящих многоклеточных организмов, поскольку эти две концепции не различаются; колониальные протисты были названы «плюрицеллюлярными», а не «многоклеточными».
Рис. 4. Колонии вольвокса (Автор фото Frank Fox)
В отечественной литературе колониальную теорию обычно делят на теорию гастреи (Геккель, 1872), теорию фагоцителлы (Мечников, 1878) и теорию синзооспоры (Захваткин, 1949). Обе теории довольно схожи, разница в том, как, согласно эти теориям, происходила интеграция клеток в колонии.
Так развиваются ланцетники и коралловые полипы.
Так развиваются обыкновенные губки, гидроидные и сцифоидные стрекающие.
Основным кандидатом на роль предка всех многоклеточных является воротничковый жгутиконосец (Choanoflagellata), их клетки снабжены жгутиком, окруженный воротничком. Жгутик создает токи жидкости, позволяющие хоанофлагеллятам плавать в толще воды. Эти же токи пригоняют в воротничковую зону бактерий, которыми хоанофлагелляты питаются. Многие их этих простейших образуют колонии, причем легко переходят из одноклеточного состояния в колониальное и обратно.
Рис. 5. Гастрея и фагоцителла
Отличия от теорий фагоцителлы и гастреи:
— Сидячий образ жизни примитивных взрослых многоклеточных.
Многоклеточность позволяет организму превышать пределы размера, обычно налагаемые диффузией: отдельные клетки с увеличенным размером имеют уменьшенное отношение поверхности к объему и испытывают трудности с поглощением достаточного количества питательных веществ и их транспортировкой по всей клетке.
Таким образом, многоклеточные организмы имеют конкурентные преимущества увеличения размера без его ограничений. Многоклеточность также позволяет увеличивать сложность, позволяя дифференцировать типы клеток в пределах одного организма.
Лига биологов
4.6K поста 11.8K подписчиков
Правила сообщества
‣ Будьте вежливы и сдержаны.
‣ Не разводите политоту, не тащите спам.
‣ Удаляются посты содержащие антинаучные и другие сомнительные идеи. Их авторы караются на месте.
‣ Так как в сообществе отключена премодерация, могут проходить посты по тем или иным причинам не подходящие под формат сообщества. Такие посты переносятся в общую ленту, имейте в виду.
‣ При желании ТС, можно перенести в сообщество недавно созданные посты подходящей тематики.
‣ Если в пост закралась ошибка, не удивляйтесь, если администратор попросит её исправить.
‣ Вбросы антинаучных идей и попросту различная глупость в комментариях расцениваются как развлечение для публики. Такие сообщения отдаются на растерзание толпе, как и их авторы, будь то тролли, адепты всех мастей или просто недальновидные личности.
‣ Политика сообщества не предусматривает раздачу банов направо и налево, однако, если вы нарушаете покой пользователей – не обижайтесь.
Нашел у себя косяк в абзац после рис. 4. Читайте не «обе теории», а «все три». Не вычитал при редактуре.
— Сидячий образ жизни примитивных взрослых многоклеточных.
Очень интересно) ещё бы было побольше примеров с картинками) так, таким малообразованным, как я, понятнее))
Блин, игра такая была, где нужно было другие клетки и ядра поглощать. Не Spore, попроще. Кто помнит?
Чувствуете, пахнУло курсом беспов и Малаховым?
Эти зеленые водоросли всю жизнь в аквариуме портят, то вылазят то пропадают))
всё чаще посещают мысли, что скоро в метод.указаниях по зооллгии буду на пикабу студентов посылать: и написано яснее, и актуальнее, и ссылки с доказательствами на публикации есть. Только вот почему-то это ни разу не смешно, а даже грустно.
Я поддерживаю теорию гастреи.
А может кто помнит мини игру где просто выставляешь параметры для своих клеток (скорость размножения, выживаемость, сила) и можно было соревноваться с другими клетками.
Однако стоит загуглить
как возникает мысль, что кто-то пиздит: либо гугл, либо ТС.
Клетка-организм
Учёные обнаружили последовательности ДНК в почве водно-болотных угодий. Они не похожи на то, что исследователи находили ранее. Эти последовательности могут иметь важное и непредсказуемое влияние на глобальный климат.
Авторы нового исследования, направленного на рецензирование, назвали эти генетические элементы «борги» в честь псевдо-расы киборгов из вселенной «Звёздный Путь» из-за их способности ассимилировать гены других организмов.
«Борги» — внехромосомные элементы. Это значит, что фрагменты ДНК находятся за пределами хромосом, расположенных в ядре большинства клеток и содержащих большую часть генетического материала организма. Например, к таким внехромосомным элементам относятся плазмиды, способные размножаться вне хромосом носителя, а также некоторые вирусы.
«Я была очень удивлена, особенно когда стало ясно, что они несут гены, непосредственно участвующие в окислении метана», — сказала старший автор исследования Джиллиан Банфилд, биогеохимик и геомикробиолог Калифорнийского университета в Беркли.
Банфилд и её коллеги поняли, что имеют дело с чем-то особенным, когда секвенировали ДНК из образцов почвы калифорнийских болот.
Исследователи изучили огромное разнообразие микроорганизмов, например, бактерий, архей, эукариот, вирусов, фагов и плазмид, — населяющих водные среды обитания, такие, как подземные водоносные горизонты и заболоченные местности. «Борги» сильно отличались от всего, с чем встречались исследователи.
«При изучении образцов одного из болот мы обнаружили фрагменты загадочных геномов, которые совершенно точно принадлежали археям, но их нельзя было отнести к любому типу из известных генетических элементов», — сказала Банфилд.
«Затем мы искали их в других наших базах данных», — добавила Банфилд. Используя этот подход, исследователи собрали по крайней мере 19 вариантов «боргов» и секвенировали четыре полных генома. Тем самым они установили существование большой линии родственных организмов с чёткими общими (и несколько необычными) особенностями, что делает их новыми внехромосомными элементами.
Команда назначила каждой из 19 групп «боргов» цвет — например, оранжевый, фиолетовый и розовый — и описала некоторые их удивительные свойства, включая огромные размеры. «Борги» чаще встречались в глубоких бедных кислородом почвах. Иногда их популяции в восемь раз превышали популяции Methanoperedens. Тем не менее, исследователи не обнаружили заметной корреляции между концентрациями Methanoperedens и «боргов», что добавляет загадок к происхождению и поведению обнаруженных ДНК.
Тем не менее, «борги» явно содержат гены, способные повышать энергетический метаболизм Methanoperedens, которые тоже их содержат. Если это так, эти уникальные генетические элементы могут дать новое представление о сокращении выбросов метана, что является одной из главных целей большинства стратегий по смягчению климата.
«Мы ожидаем, что «борги» увеличивают общее количество метана, который окисляют methanoperedens, частично за счёт улучшения их адаптаций к меняющимся условиям, — сказала Бенфильд. — Таким образом, в ближайшем будущем необходимо выяснить, как стимулировать рост methanoperedens в сельскохозяйственных почвах, которые благодаря «боргам» становятся более устойчивыми».
Команда исследователей также планирует решить более базовый вопрос: что же такое эти «борги»? Они могут быть гигантскими линейными вирусами или плазмидами, не похожими ни на одни из уже обнаруженных, или, возможно, они – родственная линия methanoperedens, потерявшая гены и установившая симбиотическую ассоциацию внутри methanoperedens.
Чтобы разобраться во всех загадках, связанных с этими странными последовательностями ДНК, исследователи надеются обнаружить больше «боргов» в других наборах данных. Бенфилд сказала, что это исследование может привести к открытию новых механизмов для процессов, о существовании которых мы пока не подозреваем.
«Таким образом, можно провести аналогию с CRISPR — системой с лишь частично предсказанной функцией, связанной с защитой микробов от вирусов, но, в конечном счете, фантастическим новым набором инструментов», — добавила Бенфилд.
Ученые вырастили бактерию, которая питается сточными водами
Супербактерию, поедающие сточные воды, впервые “вырастили” на заводе в Квинсленде в Австралии. Ученые предложили более экологичный способ очистки сточных вод и сэкономили компании по управлению водными ресурсами полмиллиона австралийских долларов
Эти уникальные на вид бактерии называются клопами анаммокс, и они размножаются в сточных водах, в тех, которые смывают в унитаз.
Они буквально выедают сточные воды, избавляясь от азота и аммония и очищая их естественным путем. Их специально выращивают на небольших пластиковых дисках, которые затем перемещают в резервуары для сточных вод.
Более традиционный процесс очистки сточных вод требует использования большого количества химикатов и энергии, но теперь бактерии обеспечивают более устойчивый и эффективный путь.
Бактерии, выращенные в Брисбене, были внедрены компанией Queensland Urban Utilities для обслуживания быстро растущего населения.
Бактерии анаммокс растут очень медленно. Пять лет назад они помещались только в небольшую банку. Теперь они открыли десять бассейнов на заднем дворе.
Бактерии не могут быть импортированы из-за законов о биобезопасности, поэтому компании Urban Utilities пришлось выращивать их с нуля в резервуарах с контролируемой температурой.
Это первая и единственная ферма анаммокса в Австралии, но компания Urban Utilities заявляет, что скоро ее будет достаточно, чтобы поделиться бактериями с заинтересованными компаниями.
Что такое квантовая биология
Все во Вселенной состоит из элементарных частиц. Изучением их и связанных с ними явлений занимается квантовая физика — странная наука, где много всего неопределенного. Но что, если квантовые эффекты распространяются не только на квантовые масштабы, но и на жизнь в целом? Поисками ответа на этот вопрос и занимается квантовая биология.
«Если тебя квантовая физика не испугала, значит, ты ничего в ней не понял». © Нильс Бор, лауреат Нобелевской премии 1922 года, один из создателей современной физики
Биологи не очень любят связываться с физикой. Будучи студентами, они посещают вводные курсы по физике, а потом благодарят богов науки, что им больше не придется беспокоиться об Эйнштейне, Максвелле и Ньютоне. Что касается квантовой физики, то большинству биологов вообще нет нужды о ней задумываться. Они изучают молекулы в таких крупных масштабах, что им не надо знать ничего сверх основ квантовой механики. Привычной модели молекулы достаточно для изучения взаимодействий между триллионами органических молекул. Физики же изучают квантовую механику в вакууме при почти абсолютном нуле. Принято считать, что в условиях тепла и беспорядка, царящих в живых клетках, квантовые эффекты можно, по сути, игнорировать.
Между тем некоторые ученые предполагают, что существуют биологические феномены, которые можно объяснить квантовой механикой — и только. В своей книге «Что такое жизнь?» Эрвин Шредингер постулировал, что квантовая механика способна оказывать серьезное воздействие на клеточные функции. Он предположил, что генетический материал может храниться и наследоваться посредством сохранения информации в разных квантовых состояниях. И пусть позднее Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик выяснили, что ДНК — переносчик генетической информации, Шредингер дал начало квантовой биологии.
Не так давно продуманные до мелочей эксперименты предоставили доказательство того, что квантовая биология сильно влияет на жизнь. Оказалось, ферменты — катализаторы реакций в клетке — используют так называемый туннельный эффект, или квантовое туннелирование. При помощи этого механизма они могут перемещать электрон или протон из одной части молекулы в другую.
Квантовое туннелирование предоставляет ферментам быстрый и эффективный способ переорганизации молекул для поддержания реакций. Этот процесс невозможно объяснить при помощи классической физики. Для понимания этих реакций необходимы квантовые вероятности и дуальности.
Туннельный эффект также играет роль в мутациях ДНК. ДНК — это двухцепочечная молекула, части которой удерживаются вместе при помощи водородных связей. Эти связи можно изобразить примерно так (см. картинку).
Диаграмма водородной связи в аденин-тимине / © Adam David Godbeer/Jim Al-Khalili/P. D. Stevenson
Белые атомы принадлежат водороду. В этом соединении есть две водородные связи. Считается, что атомы водорода могут «перепрыгивать» на другую сторону при помощи квантового туннелирования. Если цепочки ДНК разделены во время прыжка водорода на другую сторону, то эти связи могут скопироваться или воспроизвестись неправильно. Мутация, появившаяся в результате туннелирования водорода, потенциально может вызвать заболевание.
Фотосинтез — один из самых важных процессов жизни. Когда фотон света попадает в пигмент, он поглощается, а вместо него освобождается электрон. Затем электрон попадает в электрон-транспортную цепь, накапливающую химический потенциал, который можно использовать для генерации АТФ (аденозинтрифосфат, или аденозинтрифосфатная кислота). Но чтобы попасть в электрон-транспортную цепь, электрону нужно переместиться из одной точки, из которой его освобождает фотон, через хлорофилл, в точку, известную как реакционный центр. Есть множество путей, по которым электрон может достичь его.
Квантовая когерентность в фотосинтезе / © Jim Al-Khalili
При помощи принципов квантовой когерентности и квантового запутывания электроны могут перемещаться по самым эффективным путям, не затрачивая энергию на тепло. Согласно квантовой когерентности электроны могут двигаться в нескольких направлениях одновременно из-за своих волнообразных свойств. Таким образом, электроны способны перемещаться по нескольким разным путям одновременно для достижения реакционного центра. Этот феномен позволяет максимально эффективно переносить энергию.
Квантовая когерентность может влиять и на другие аспекты жизни. Некоторые ученые предполагают, что сетчатка человеческого глаза использует когерентность для передачи сигналов из глаза в мозг. Они утверждают, что фотоизомеризация — изменение в структуре фотонного рецептора — происходит так быстро, что такую скорость может обеспечить только квантовая когерентность. С учетом этого в природе вполне может существовать еще множество биохимических путей, использующих квантовую когерентность, и они только и делают, что ждут, когда их наконец откроют.
Запутанность — одна из самых сложных для понимания концепций квантовой механики. Она описывает взаимодействие между двумя или более квантовыми частицами. И пусть это еще не подтверждено, считается, что квантовая запутанность может объяснить магниторецепцию. Магниторецепция — способность организмов чувствовать магнитное поле и определять свое расположение на местности в соответствии с ним. Птицы и животные используют эту способность, чтобы чувствовать магнитное поле Земли и мигрировать. Долгое время точный механизм этого явления был тайной. Возможно, магнитное поле Земли влияет на механизм, использующий радикальные пары внутри сетчатки, а запутанность внутри этой пары может предоставлять организмам квантовый сигнал, работающий словно компас: об этом рассуждали Джим Аль-Халили и Джонджо МакФадден в своей книге «Жизнь на грани. Ваша первая книга о квантовой биологии».
Схематическое описание «квантового компаса» у птиц / © Zhang-qi Yin/Tongcang Li
Квантовая механика может влиять на многие биохимические функции. Некоторые считают, что обоняние — то, как мы чувствуем запахи — может быть результатом квантовых вибраций молекул. В то же время существуют исследования, указывающие на то, что с квантовой механикой связано броуновское движение внутри клетки.
В любом случае квантовая биология — молодое направление науки, но похоже, что у него есть серьезный потенциал. Остается только ждать и наблюдать за новыми исследованиями в этой области.
Венгерские ученые создали бактериальный коктейль, поглощающий пластик
Две юные венгерки создали уникальный бактериальный коктейль, способный разрушить любой одноразовый пластик за семь недель.
Основатели компании Poliloop Лиз Мадарас и Кристина Левай познакомились в магистратуре фармацевтической химии и инженерии Будапештского технологического университета. Совместные лабораторные исследования они начинали после занятий в университете и по выходным.
Молодые ученые стремились предложить актуальное решение для борьбы с неперерабатываемым пластиком. Спустя два года был найден уникальный состав бактериального коктейля, который мог разрушить одноразовый пластик за 6-8 недель. При разложении пластмассы получается органический компост, из которого снова можно производить биопластик.
С помощью своего изобретения Poliloop создали своего рода экономику замкнутого цикла, которая позволит компаниям повторно использовать одну и ту же пластиковую упаковку снова и снова. Новая разработка позволяет перерабатывать пластик без какой-либо предварительной химической обработки или серьезной очистки, и во время процесса не выделяются вредные вещества.
Следующим шагом компании станет промышленное тестирование, после которого они надеются начать сотрудничество с несколькими транснациональными компаниями.
Что на самом деле произошло у берегов Камчатки
Фото взято из инстаграма с указанием автора.
Большинство из вас слышало о недавней гибели морских животных на Камчатке, а единицы даже сейчас помнят о случившемся. Еще неделю назад новостные ленты пестрили заголовками о «тысячах трупов на побережье Тихого океана», а на федеральных каналах выходили сюжеты о расследованиях «экологической катастрофы» местными ответственными чиновниками. Которые в итоге во всем разобрались и вообще решили все проблемы граблями. Далее вы наверняка наслаждались конспирологическими теориями диванных специалистов из ютуба, и постоянно натыкались на истерики в комментариях о загубленном океане, да и вообще «власти всё скрывают», а человек – «это раковая опухоль на теле несчастной матушки Земли». Сразу появился идиотский хэштэг в инстаграме о том, что я и ты, и мы все – это Тихий океан. К лицемерию вокруг этой проблемы не постеснялись присоединиться и так называемые «звезды шоу бизнеса» и прочие ревнители своей угасающей популярности.
Для тех, кто не в курсе, я бакалавр химии и биологии, магистр биологии, специалист по водным организмам от бактерий до акул, ихтиопатолог (это тот, кто, в том числе, проводит вскрытия для установления причины смерти рыб и водных беспозвоночных), когда-то работал государственным инспектором в сфере рыбного хозяйства и неоднократно принимал участие в расследованиях массовой гибели гидробионтов (водных обитателей), а сейчас я руководитель биологической службы одного из московских океанариумов. Так что я немного в теме.
В итоге основная официальная версия случившегося на Камчатке, выдвинутая учеными РАН – «красный прилив» (бурное развитие токсичных микроводорослей). Ну конечно, скажут диванные специалисты, если государство будет выбирать виновного между военным и чиновником, то на кого падёт выбор с большей долей вероятности, правильно, на водоросли!
Я провел собственное научное расследование и пришел к выводу, что ученые РАН не ошибаются. Но они нигде не представили данных (или я их не нашел) о поэтапном развитии событий на Камчатке, механизмах возникновения красных приливов в этой местности, и не ответили на ряд вопросов, которые возникают у критиков этой версии:
1. Цветение воды (массовое развитие микроводорослей) происходит в середине лета – когда температура воды, продолжительность дня и интенсивность солнечного освещения достигают максимума, но ведь сейчас осень – пасмурно, холодно и дни короткие?
2. Цветение воды возникает в перенасыщенной питательными веществами среде – в воде должны присутствовать высокие концентрации нитратов и фосфатов. А в анализах проб только фосфаты и железо выше нормы, нитратов практически нет, чем же питаться водорослям?
3. Токсины, выделяемые микроводорослями опасны для млекопитающих, птиц и рыб, а вот беспозвоночные к этим токсинам устойчивы, более того, многие моллюски фильтраторы питаются этими водорослями и накапливают яды в себе, при этом не испытывая никаких проблем. А здесь 99% погибших – беспозвоночные, в том числе и моллюски-фильтраторы?
4. Развитие токсичной водоросли должно было окрасить воду в красный цвет – ведь это «красный прилив», а тут был какой-то зелено-желтый оттенок, который потом и вовсе пропал?
5. Красные приливы встречаются во многих теплых частях планеты, в Японском море, в Мексиканском заливе, но никогда не отмечались у побережья Камчатки, ведь тут холодно!
6. Как могли токсины микроводорослей влиять на людей, которые не пили морскую воду, не ели местных моллюсков, а некоторые даже пребывали только на берегу?
Далее я попытаюсь ответить на все поставленные вопросы и восстановлю развитие событий в Авачинском заливе, параллельно объясняя биологические механизмы их возникновения:
Первый этап – накопление фосфатов. Это происходит из-за многолетней деятельности человека – во впадающие в океан реки стекают удобрения, чистящие средства, бытовые отходы и прочие источники фосфатов. Уровень фосфата в чистой воде океанов не превышает 0,05 мг/л. Я изучил анализы воды, сделанные государственной лабораторией Камчатского края (они есть в открытом доступе) и обнаружил превышение по фосфату практически во всех впадающих в океан реках в районе Авачинского залива. В среднем концентрация фосфатов превышена в три раза и составляет 0,15 мг/л, что вовсе не критично для морской фауны. При этом уровень нитрата согласно анализам – минимальный (в среднем менее 1 мг/л). Присутствие фосфатов позволяет быстро набирать биомассу фитопланктону только в том случае, когда их соотношение с нитратом 1 к 16 (соотношение Редфилда), то есть при 0,15 мг/л фосфата должно быть 16*0,15 = 2,4 мг/л нитратов. Такого уровня нитратов в Авачинском заливе нет, поэтому возникает дефицит органического азота и обычные для фитопланктона диатомовые водоросли не развиваются в больших количествах.
Второй этап – накопление органического азота. В условиях дефицита органического азота и избытка фосфата массово размножаться могут только азотфиксирующие микроорганизмы, такие как синезеленые водоросли (цианобактерии). Они способны улавливать растворенный в воде азот, и превращать его в белки своей клетки. То есть получать органический азот из неорганического. Но для развития этих водорослей помимо фосфатов необходим еще один важный компонент – железо. Для процесса захвата молекулярного азота этим водорослям требуется в 10 раз больше железа, чем обычному фитопланктону для роста в условиях оптимального соотношения нитратов и фосфатов. Вернемся к результатам анализа воды гослабораторией и отметим, что все впадающие реки и сам залив имеют превышение по железу минимум в два, а максимум в семь раз! Интересные исследования о появлении железа в прибрежных водах, где наблюдаются красные приливы, провели американские ученые – они установили, что это пыль из пустынь! Её приносят с собой облака и морские течения. Пустынная пыль богата железом и кремнием. Откуда взялось железо у побережья Камчатки – мне доподлинно неизвестно, но факт, что оно там содержится в высокой концентрации. Я могу предположить, что это связано с деятельностью вулканов, от которых берут начало Камчатские реки. Поэтому в июле-августе в Авачинском заливе стали бурно размножаться азотфиксирующие цианобактерии, например из рода Trichodesmium. Скорее всего, на их бурное развитие обратил внимание Гринпис, на сайте организации можно найти снимки этого процесса из космоса.
Шестой этап. Токсин остается! Часть его присутствует в воде и приносится на берег в виде аэрозоли, другая часть выделяется из мертвых водорослей на берегу. Халактырский пляж становится местом паломничества различных экологов, журналистов, чиновников и прочих интересующихся. Серфингисты остаются в своем лагере. А нужно было всем покинуть этот пляж в середине сентября, чтобы не получить проблем со здоровьем.