Виникнення багатоклітинності

Виникнення багатоклітинності - це закономірний процес в еволюції живих форм, тому що при цьому організм набуває ряд переваг у боротьбі за існування. На зорі існування еукаріотів багатоклітинність виникала не один раз. Сьогоднішні багатоклітинні форми життя Землі мають кілька різних одноклітинних предків. Наприклад, вважається, що губки мають іншого одноклітинного предка, на відміну інших організмів.

Предками багатоклітинних були колоніальні форми найпростіших. У колоніях клітини зазвичай настільки диференційовані (якщо їх спеціалізація взагалі спостерігається) і за відділенні можуть існувати незалежно.

Розквіт багатоклітинних форм почався близько 600 млн. років тому. Однак з'явитися вони могли набагато раніше, близько 2 млрд. років тому. На це вказують археологічні знахідки червоподібних організмів та багатоклітинних водоростей.

Справжня багатоклітинність (з виділенням тканин) характерна лише для еукаріотів (у прокаріотів зустрічаються колонії). Можливо це пов'язано зі складністю геному еукаріотичних клітин, який забезпечує гнучкість («настроюваність») клітин, і звідси здатність їх змінювати свій метаболізм та будову. Важливу роль могла зіграти спадкова мінливість, мітоз, мейоз.

Багатоклітинність дозволяє найповніше використовувати резерв спадкової мінливості, що прискорює еволюційні зміни. Велику роль у цьому відіграє статеве розмноження, в якому поєднано статевий процес та розмноження.

Біологічна еволюція передбачає вдосконалення життєво важливих функцій організмів, що багато в чому досягається шляхом їх диференціації.Внаслідок відокремлення різних процесів життєдіяльності виникають спеціальні структури. Це може бути як структури клітини, і частини багатоклітинного організму. Розподіл та спеціалізація функцій та структур можна розглядати як одну з властивостей живого.

У одноклітинних еукаріотів (інфузорій) бувають травні вакуолі, що спеціалізуються на перетравленні, утилізації та виділенні речовин, що нагадує своєрідну травну систему. Існують скорочувальні вакуолі, що регулюють водний баланс (видільна система). Вії та джгутики одноклітинних можна розглядати як органи руху, що дозволяють шукати їжу та уникати небезпеки.

Однак поділ структур та функцій набагато ефективніший у багатоклітинному організмі. Взаємозв'язок клітин посилює життєву силу системи з допомогою повторення клітинних процесів, поділу функцій, освіти спеціальних структур (тканин, органів, систем органів).

Багатоклітинні організми зазвичай більші за одноклітинні. Це дозволяє їм харчуватися більшою їжею, з іншого боку — вони рідше поїдаються.

На підтримку багатоклітинності потрібно більше енергії. Тому вона могла виникнути лише тоді, коли рівень кисню в атмосфері досяг певної величини.

Важливу роль виникненні багатоклітинності зіграла поява в одноклітинних еукаріотів ряду властивостей і особливостей. Так хижі найпростіші могли виділяти певні речовини для «приклеювання» жертви. Такі сполуки (колаген та ін.) згодом могли почати виконувати роль заповнювача міжклітинного простору, а також для скріплення між собою клітин.

Виділяються найпростішими сигнальні речовини (для залучення жертв або відлякування хижаків) у процесі еволюції стали використовуватися для взаємодії клітин у межах одного організму.

Біологія клітини/Частина 1. Клітина як вона є/1/7

Багатоклітинний організм відрізняються від одноклітинних та колоніальних чітко вираженою диференціацією функцій окремих груп клітин. Спеціалізація клітин підвищує їх ефективність у виконанні певних функцій, які впорядкованість і узгодженість дій дозволяють цілому багатоклітинному організму набувати властивості, недоступні одноклітинним і колоніальним організмам.

Пірамідальні нейрони кори мозку миші, пофарбовані з допомогою зеленого флуоресцентного білка. Червоним пофарбовані інтернейрони, що виділяють як нейромедіатор гамма-аміномасляну кислоту.

Клітина в багатоклітинному організмі багато в чому діє так само, як і в одноклітинному організмі при взаємодії із зовнішнім середовищем та клітинами оточення. Проте посилення спеціалізації клітин збільшує та його взаємозалежність від клітин інший спеціалізації.

Важливу роль будові багатоклітинного організму грають стовбурові клітини. Ці клітини здатні ділитися асиметрично, породжуючи клітину, подібну до материнської, і навіть нову клітину, здатну диференціюватися, тобто. набувати спеціалізованих функцій. Стовбурові клітини поділяють наскільки можна породжувати інші види клітин. Найширші можливості мають т.зв. тотипотентні стовбурові клітини, такі як зигота та бластомери, здатні дати початок будь-яким типам клітин. Далі, у міру звуження діапазону можливого диференціювання, розрізняють плюрипотентні, мультипотентні та уніпотентні стовбурові клітини.В органах і тканинах дорослого організму присутні стовбурові клітини різного ступеня зрілості та потентності, здатні за необхідності перетворитися на клітини потрібного типу.

Число типів клітин у багатоклітинному організмі може досягати кількох сотень. Наприклад, у дорослому організмі ссавця налічується близько 350 різних видів клітин. Клітини розрізняються за розміром, формою, кількістю ядер, ступенем розвиненості органоїдів, хімічним складом і функцій:

Еритроцити вищих хребетних мають діаметр 4-7 мікрон, а клітини м'язів – це великі синцитії завдовжки до кількох сантиметрів. Ще більші лінійні розміри мають нейрони зі своїми гігантськими аксонами, досягають у довжину близько метра.

Клітини можуть мати різноманітну форму: близьку до кулястої (клітина крові – лімфоцит), що нагадує багатогранник (клітина печінки – гепатоцит), зірчасту (клітина кісткової тканини – остеобласт), циліндричну (клітина миготливого епітелію). У ссавців зрілі еритроцити позбавлені ядер і мають форму двояковогнутого диска. Монополярні нервові клітини, нейрони, мають тіло розміром кілька десятків мікрон і відростки, аксони, довжиною до кількох десятків сантиметрів.

У більшості клітин є одне ядро, і такі клітини називають одноядерними. Існують також клітини із двома, трьома, кількома десятками і навіть сотнями ядер. Це багатоядерні клітини. Клітини м'язів, наприклад, є багатоядерними клітинами (синцитіями), що з'явилися з одноядерних у процесі ембріогенезу. А еритроцити у зрілому стані немає ядра зовсім (це без'ядерні клітини).

Органоїди різних клітин багатоклітинного організму розрізняються за рівнем розвиненості. Наприклад, у клітинах кишкового епітелію лізосоми та апарат Гольджі розвинені краще, ніж у нейронах.А в клітинах надниркових залоз цитоскелет розвинений слабше, ніж у клітинах м'язової тканини. Зате клітини надниркового залози мають сильно розвинену ендоплазматичну мережу; це пов'язано з їхньою секреторною активністю.

У результаті еволюції подібні клітини багатоклітинного організму спеціалізувалися у виконанні певних функцій, що призвело до формування тканин. Різні тканини об'єдналися в органи, а органи - у системи органів. Функції клітин різних тканин та органів, що виконують спеціалізовані функції, також значно різняться. Так, еритроцити виконують функцію перенесення кисню та вуглекислого газу, клітини різних епітеліїв – захисну, видільну, всмоктувальну та розмежувальну функції, а нейрони, клітини нервової тканини – функцію сприйняття подразників, генерації та передачі нервових імпульсів.

Спеціалізація клітин відбувається внаслідок диференційованої роботи геному. Репресія та дерепресія конкретних ділянок геному, а також біохімічна та анатомо-морфологічна диференціація відбуваються через різну концентрацію діючих на клітини сигнальних речовин, поживних речовин та іонів.