Οι πρώτοι πολυκύτταροι οργανισμοί προέλευσης, χαρακτηριστικά, σχηματισμός και εξέλιξη

Το πρώτους πολυκύτταρους οργανισμούς, Σύμφωνα με μία από τις πιο αποδεκτές υποθέσεις, άρχισαν να ομαδοποιούνται σε αποικίες ή σε συμβιωτικές σχέσεις. Με το πέρασμα του χρόνου, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μελών της αποικίας άρχισαν να είναι συνεργατικές και ευεργετικές για όλους.

Σταδιακά, κάθε κύτταρο υποβλήθηκε σε διαδικασία εξειδίκευσης για συγκεκριμένα καθήκοντα, αυξάνοντας τον βαθμό εξάρτησης από τους συνεργάτες της. Αυτό το φαινόμενο ήταν κρίσιμο στην εξέλιξη, επιτρέποντας την ύπαρξη πολύπλοκων όντων, αυξάνοντας το μέγεθος τους και εισάγοντας διαφορετικά συστήματα οργάνων.

Οι πολυκύτταροι οργανισμοί είναι οργανισμοί που αποτελούνται από πολλά κύτταρα - όπως ζώα, φυτά, κάποιους μύκητες κ.λπ. Επί του παρόντος υπάρχουν πολλαπλές θεωρίες για να εξηγηθεί η προέλευση πολυκυψελών όντων που βασίζονται σε μονοκύτταρες μορφές ζωής οι οποίες αργότερα ομαδοποιήθηκαν.

Ευρετήριο

• 1 Γιατί είναι πολυκύτταροι οργανισμοί?
  • 1.1 Αναλογία μεγεθών κυττάρων και όγκου επιφάνειας (S / V)
  • 1.2 Ένα πολύ μεγάλο κύτταρο έχει περιορισμένη επιφάνεια ανταλλαγής
  • 1.3 Πλεονεκτήματα της ύπαρξης ενός πολυκύτταρου οργανισμού
  • 1.4 Μειονεκτήματα της ύπαρξης ενός πολυκύτταρου οργανισμού
• 2 Ποιοι ήταν οι πρώτοι πολυκύτταροι οργανισμοί?
• 3 Εξέλιξη πολυκυτταρικών οργανισμών
  • 3.1 Αποικιοκρατική και συμβιωτική υπόθεση
  • 3.2 Υπόθεση του συγκυτίου
• 4 Προέλευση πολυκύτταρων οργανισμών
• 5 Αναφορές

Γιατί είναι πολυκύτταροι οργανισμοί?

Η μετάβαση από μονοκύτταρους σε πολυκύτταρους οργανισμούς είναι μία από τις πιο συναρπαστικές και συζητημένες ερωτήσεις μεταξύ των βιολόγων. Ωστόσο, προτού συζητήσουμε τα πιθανά σενάρια που οδήγησαν στην πολυκυττάρια, πρέπει να αναρωτηθούμε γιατί είναι απαραίτητο ή ευεργετικό να είσαι ένας οργανισμός που αποτελείται από πολλά κύτταρα.

Ο λόγος μεγέθους κυττάρου και όγκου επιφάνειας (S / V)

Ένα μέσο κύτταρο που είναι μέρος του σώματος ενός φυτικού ή ζώου έχει διάμετρο μεταξύ 10 και 30 μικρομέτρων. Ένας οργανισμός δεν μπορεί να αυξηθεί σε μέγεθος απλώς επεκτείνοντας το μέγεθος ενός μόνο κυττάρου εξαιτίας του περιορισμού που επιβάλλεται από τη σχέση μεταξύ επιφάνειας και όγκου.

Διαφορετικά αέρια (όπως οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα), ιόντα και άλλα οργανικά μόρια πρέπει να εισέρχονται και να εξέρχονται από το κύτταρο, διασχίζοντας την επιφάνεια που οριοθετείται από μια μεμβράνη πλάσματος.

Από εκεί πρέπει να εξαπλωθεί σε όλο τον όγκο του κελιού. Έτσι, η σχέση μεταξύ επιφάνειας και όγκου είναι μικρότερη σε μεγάλα κελιά, αν το συγκρίνουμε με την ίδια παράμετρο σε μεγαλύτερα κελιά.

Ένα πολύ μεγάλο κελί έχει περιορισμένη επιφάνεια ανταλλαγής

Μετά από αυτή τη συλλογιστική, μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι η επιφάνεια ανταλλαγής μειώνεται αναλογικά με την αύξηση του μεγέθους των κυττάρων. Ας χρησιμοποιήσουμε ως παράδειγμα ένα κύβο 4 cm, με όγκο 64 cm³ και επιφάνεια 96 cm². Ο λόγος θα είναι 1,5 / 1.

Αντίθετα, αν πάρουμε τον ίδιο κύβο και το χωρίσουμε σε 8 κύβους των δύο εκατοστών, ο λόγος θα είναι 3/1.

Επομένως, εάν ένας οργανισμός αυξήσεις στο μέγεθος, η οποία είναι επωφελής από πολλές απόψεις, όπως η αναζήτηση τροφής, μετακίνηση ή διαφυγής θηρευτές, είναι καλύτερο να γίνεται με την αύξηση του αριθμού των κυττάρων και να διατηρήσει μια κατάλληλη επιφάνεια για ανταλλαγής.

Πλεονεκτήματα της ύπαρξης ενός πολυκύτταρου οργανισμού

Τα πλεονεκτήματα της ύπαρξης ενός πολυκύτταρου οργανισμού ξεπερνούν την απλή αύξηση του μεγέθους. Η πολυκυτταραιότητα επέτρεψε την αύξηση της βιολογικής πολυπλοκότητας και τον σχηματισμό νέων δομών.

Το φαινόμενο αυτό επέτρεψε την εξέλιξη πολύ σύνθετων μονοπατιών συνεργασίας και συμπεριφορών συμπληρωματικότητας μεταξύ των βιολογικών οντοτήτων που αποτελούν το σύστημα.

Μειονεκτήματα ότι είναι ένας πολυκύτταρος οργανισμός

Παρά τα οφέλη αυτά, βρίσκουμε παραδείγματα - όπως σε διάφορα είδη μυκήτων - της απώλειας της πολυκυτταραιότητας, επιστρέφοντας στην προγονική κατάσταση των οντοτήτων ενός κυττάρου.

Όταν τα συστήματα συνεργασίας αποτυγχάνουν μεταξύ των κυττάρων του οργανισμού, μπορούν να δημιουργηθούν αρνητικές συνέπειες. Το πιο ενδεικτικό παράδειγμα είναι ο καρκίνος. Ωστόσο, υπάρχουν πολλοί τρόποι που, στις περισσότερες περιπτώσεις, καταφέρνουν να εξασφαλίσουν τη συνεργασία.

Ποιοι ήταν οι πρώτοι πολυκύτταροι οργανισμοί?

Οι απαρχές της multicellularity έχουν εντοπιστεί σε ένα πολύ μακρινό παρελθόν, πάνω από 1000 εκατομμύρια χρόνια πριν, σύμφωνα με ορισμένους συγγραφείς (π.χ. Selden & Nudds, 2012).

Επειδή οι μορφές μετάβασης δεν έχουν διατηρηθεί καλά στο αρχείο απολιθωμάτων, λίγα είναι γνωστά γι 'αυτά και η φυσιολογία, η οικολογία και η εξέλιξη, καθιστώντας δύσκολη τη διαδικασία εκπόνησης μιας ανακατασκευής της αρχικής πολυκυττάριας..

Στην πραγματικότητα, δεν είναι γνωστό αν αυτά τα πρώτα απολιθώματα ήταν ζώα, φυτά, μύκητες ή οποιαδήποτε από αυτές τις γενεές. Τα απολιθώματα χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη επίπεδων οργανισμών, με μεγάλη επιφάνεια / όγκο.

Εξέλιξη πολυκυτταρικών οργανισμών

Δεδομένου ότι οι πολυκύτταροι οργανισμοί αποτελούνται από πολλά κύτταρα, το πρώτο βήμα στην εξελικτική εξέλιξη αυτής της κατάστασης πρέπει να είναι η ομαδοποίηση των κυττάρων. Αυτό θα μπορούσε να συμβεί με διάφορους τρόπους:

Αποικιοκρατική και συμβιωτική υπόθεση

Αυτές οι δύο υποθέσεις προτείνουν ότι ο αρχικός πρόγονος των πολυκύτταρων όντων ήταν αποικίες ή μονοκύτταρα όντα που καθιέρωσαν συμβιωτικές σχέσεις μεταξύ τους.

Δεν είναι ακόμη γνωστό αν το συσσωμάτωμα σχηματίστηκε από κύτταρα με διαφορική γενετική ταυτότητα (όπως βιοφίλμ ή βιταμίνη) βιοφίλμ) ή από κύτταρα στελέχους και κόρη - γενετικά ταυτόσημα. Η τελευταία επιλογή είναι πιο δυνατή, καθώς στα σχετικά κύτταρα αποφεύγονται οι γενετικές συγκρούσεις συμφερόντων.

Η μετάβαση των όντων που αποτελούνται από ένα μόνο κύτταρο σε πολυκύτταρους οργανισμούς περιλαμβάνει διάφορα βήματα. Ο πρώτος είναι ο σταδιακός καταμερισμός της εργασίας μέσα στα κελιά που λειτουργούν μαζί. Ορισμένοι παίρνουν σωματικές λειτουργίες, ενώ άλλοι γίνονται τα αναπαραγωγικά στοιχεία.

Έτσι, κάθε κύτταρο εξαρτάται περισσότερο από τους γείτονές του και κερδίζει εξειδίκευση σε ένα συγκεκριμένο έργο. Η επιλογή ευνόησε τους οργανισμούς που ομαδοποιήθηκαν σε αυτές τις πρωτόγονες αποικίες έναντι εκείνων που παρέμειναν μοναχικές.

Σήμερα οι ερευνητές αναζητούν τις πιθανές συνθήκες που οδήγησαν στο σχηματισμό αυτών των ομάδων και τις αιτίες που θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ευνοϊκότητά τους - μπροστά στις μονοκύτταρες μορφές. Χρησιμοποιούνται αποικιακοί οργανισμοί που θα μπορούσαν να θυμούνται τις προγονικές υποθετικές αποικίες.

Υπόθεση Syncitio

Ένα syncytium είναι ένα κύτταρο που περιέχει πολλαπλούς πυρήνες. Αυτή η υπόθεση υποδηλώνει το σχηματισμό εσωτερικών μεμβρανών μέσα σε ένα προγονικό συγκύτιο, επιτρέποντας την ανάπτυξη πολλαπλών διαμερισμάτων μέσα σε ένα μόνο κύτταρο.

Προέλευση πολυκύτταρων οργανισμών

Τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται σήμερα δείχνουν ότι η πολυκυτταρική κατάσταση εμφανίστηκε ανεξάρτητα σε περισσότερες από 16 ευκαρυωτικές γενεές, συμπεριλαμβανομένων των ζώων, των φυτών και των μυκήτων..

Η εφαρμογή νέων τεχνολογιών όπως η γονιδιωματική και η κατανόηση των φυλογενετικών σχέσεων μας επέτρεψε να προτείνουμε ότι η πολυκυτταραιότητα ακολουθεί μια κοινή πορεία, ξεκινώντας από τη συν-επιλογή των γονιδίων που σχετίζονται με την προσκόλληση. Η δημιουργία αυτών των καναλιών επέτρεψε την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων.

Αναφορές

1. Brunet, Τ., & King, Ν. (2017). Η προέλευση της πολυκυττάριας και της κυτταρικής διαφοροποίησης των ζώων. Αναπτυξιακό κύτταρο, 43(2), 124-140.
2. Curtis, Η., & Schnek, Α. (2008). Curtis. Βιολογία. Ed. Panamericana Medical.
3. Knoll, Α. Η. (2011). Η πολλαπλή προέλευση της πολύπλοκης πολυκυτταραιότητας. Ετήσια επισκόπηση της Γης και των Πλανητικών Επιστημών, 39, 217-239.
4. Michod, R.E., Viossat, Υ., Solari, C.A., Hurand, Μ., & Nedelcu, Α.Μ. (2006). Η εξέλιξη της ζωής και η προέλευση της πολυκυττάριας. Εφημερίδα της θεωρητικής βιολογίας, 239(2), 257-272.
5. Ratcliff, W.C., Denison, R.F., Borrello, Μ., & Travisano, Μ. (2012). Πειραματική εξέλιξη της πολυκυττάριας. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, 109(5), 1595-1600.
6. Roze, D., & Michod, R.E. (2001). Μεταλλαγή, πολυεπίπεδη επιλογή και εξέλιξη του μεγέθους του πολλαπλασιασμού κατά την έναρξη της πολυκυτταραιότητας. Ο Αμερικανός φυσιοδίφης, 158(6), 638-654.
7. Selden, Ρ. & Nudds, J. (2012). Εξέλιξη των ορυκτών οικοσυστημάτων. CRC Press.