Інформація

Чому одноклітинний організм перетворився на багатоклітинний?

Чому одноклітинний організм перетворився на багатоклітинний?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Цього тижня я прочитав історію про Річарда Ленскі, який "розвивався" Кишкова паличка вже понад 50 000 поколінь. Один коментар, який я прочитав, був від людини, яка не сприймає еволюцію, яка зазначила, що ми не бачили, щоб одноклітинний організм «еволюціонував» у багатоклітинний організм. Інша людина відповіла і сказала, що бактерія не перетвориться на щось, що не є бактерією.

Отже, якщо еволюція створила одноклітинні організми, а потім багатоклітинні організми, як могла б відбутися ця зміна? І чи можна відтворити цей набір рушійних сил, щоб зробити бактерію чимось, крім бактерії?

Для цього яка перевага багатоклітинності перед одноклітинною (якщо це навіть слово)?


Як розвивалася багатоклітинність?

Це постійне поле досліджень - деякі уявлення про походження багатоклітинності

Це велика галузь постійних досліджень. Для початку з прикладу, нещодавно (2012 р.) Була важлива стаття Раткліфа та співавт. це показує, що дріжджі можуть швидко розвивати багатоклітинність при відборі за швидкістю опускання в нижні шари води. Ця стаття є однією з багатьох інших і далека від того, щоб пояснити все, що ми хотіли б зрозуміти про еволюцію багатоклітинності. Як правило, я думаю, що цей вид дріжджів мав багатоклітинного предка, і ми могли б подумати, що цей вид уже мав би фіксовані алелі (= варіанти генів, які є фіксованими, що означає, що вся популяція несе цей варіант сьогодні) у популяції, схильній до цього виду легко (ре-)еволюціонує багатоклітинність. Крім того, вони, можливо, зберегли деяку постійну адитивну генетичну дисперсію в своєму геномі від свого минулого, і тому вони дуже швидко реагують на відбір, оскільки їм не потрібні de novo мутації. (Вибачте, якщо це останнє речення було трохи технічним).

Однією з перших ознак, на яку ми зазвичай звертаємось, коли говоримо про еволюцію багатоклітинності, є наявність липких білків, які дозволяють окремим клітинам приклеюватися один до одного.

Деякі уявлення про еволюцію від простих багатоклітинних до складніших багатоклітинних

Тоді ми могли б говорити про більш складні багатоклітинні і сперечатися, як ці прості багатоклітинні еволюціонують у більш складні організми. Поширеним аргументом є те, що багатоклітинні можуть мати спеціалізовані клітини, які дуже вміють робити те, що вони роблять, оскільки вони спеціалізовані. Крім того, вважається, що певний рівень складності підвищився через той факт, що багатоклітинні організми мають тенденцію мати меншу чисельність популяції, ніж одноклітинні (див. Лінч та Конері, 2003). Важливо не плутати еволюцію складності з еволюцією багатоклітинності, хоча ці два поняття якимось чином пов'язані.

Що ви маєте на увазі під багатоклітинністю?

Еволюцію багатоклітинності можна обговорювати в контексті, коли сестринські клітини утворюють організм разом або коли неспоріднені клітини (серед одного виду або навіть клітини різних видів) об’єднуються, щоб утворити організм. Крім того, багатоклітинність можна обговорювати на різному рівні залежно від того, як ми хочемо визначити багатоклітинність. Чи є набір клітин, що розмножуються окремо, працюючи на свою користь, багатоклітинним? Чи потрібен поділ праці? Чи потрібен нам поділ між зародковою лінією (репродуктивна каста) та лінією сома (нерепродуктивний випадок)?

Скільки разів багатоклітинність розвивалася незалежно?

Деякі люди вважають, що існують багатоклітинні бактерії (біоплівки), але ми уникатимемо дискусій, які ґрунтуються на визначеннях граничних випадків. Поговоримо про еукаріотів. Більшість еукаріотів є одноклітинними, а багатоклітинна еволюціонувала багато разів незалежно у еукаріотів. Наскільки мені відомо, складна багатоклітинність еволюціонувала лише (лише?) 6 разів незалежно від еукаріотів.

  • Метазоа (тварини)
  • Аскоміцета (гриби)
  • Базидіоміцета (гриби)
  • Viridiplantae (зелені рослини)
  • Florideophyceae (червоні водорості)
  • Laminariales (бурі водорості)

Модельні організми та цікаві випадки для вивчення багатоклітинності

Існує купа конкретних клад, які особливо зацікавлені у вивченні багатоклітинності, оскільки вони представляють перехідні стани. Наприклад, Volvox є родом хлорофітів, і види цієї клади мають різні стадії багатоклітинності; Деякі види є виключно багатоклітинними, деякі утворюють невеликі групи, деякі створюють великі колонії, деякі мають певне поділ праці, а деякі навіть мають поділ між зародковою лінією та сомою (деякі касти не розмножуються). (посилання1, посилання2, посилання3, посилання4, посилання5, посилання6). Дріжджі також є хорошим зразковим організмом для вивчення еволюції багатоклітинності.


По-перше, більші організми набагато більш енергоефективні. Це те, що відомо як закон Клейбера, де потреба в калоріях масштабується як 3/4 ступеня до маси тіла.

Інша річ, що коли всі клітини співпрацюють, утворюючи багатоклітинний організм, кожна дана особина з більшою ймовірністю розмножується і рідше гине через зміни середовища, оскільки співпраця створює стабільність.

Існує кілька теорій про як це сталося, але це елементи чому. Співпраця та ефективність покращують шанси на виживання, тобто селекція сприятиме багатоклітинним організмам, якими б вони не були.


Відмова від відповідальності: Це не моя область досліджень і не область, де я добре знаю літературу. Розглядайте це як доповнення до інших відповідей.


Відмінною перевагою багатоклітинності є спеціалізовані функції різних клітин. Це може дозволити підвищити ефективність, наприклад, метаболічні процеси, а також, що зайві функції можуть бути видалені з деяких клітинних ліній, оскільки вони можуть оброблятися іншими клітинами. Таким чином, складові частини можуть спроститися, а отриманий організм одночасно стає складнішим. Математичне моделювання клітинних систем показало, як цей тип поділу праці може еволюціонувати від одноклітинних ліній (Ісполатов та ін. 2011), через етапи агрегації та диференціації від вже існуючих функцій.

Цікавий проміжний крок, який може дати деякі підказки про те, як може розвиватися багатоклітинна, - у ціанобактеріях, де деякі одноклітинні види можуть проявляти часткову спеціалізацію, наприклад коли входять до складу клітинних біоплівок. Філогенетичне дослідження ціанобактерій також показало, що вони перейшли від багатоклітинної до одноклітинної принаймні п'ять разів, і більшість існуючих ціанобактерій, здається, походять від багатоклітинних предків (Schirrmeister et al. 2011). Це означає, що еволюція багатоклітинності-це не односторонній процес, а, здається, набагато складніший процес.


Я РОЗКЛИДНО закликаю читати твори з лабораторії Ніколь Кінг-вона вивчає хоанофлагеляти, які є «позагрупою» для тварин,-вони в певному сенсі є найбільш клітинним одноклітинним організмом, який існує.

Хаонос також дивовижні, тому що вони проходять єдиний перехід до багатоклітинного у власному життєвому циклі, тому вони дають дивовижну можливість зрозуміти, коли вигідніше бути одноклітинним чи багатоклітинним. В даний час одна з робочих гіпотез групи полягає в тому, що одним з основних рушій поштовху до багатоклітинності могла бути просто динаміка рідини: потоки навколо сферичної багатоклітинної «розетки» хаонів приносять їм більше їжі.

Якщо вас цікавить еволюційний перехід до багатоклітинності, ви повинні прочитати твори з King Group.


Якщо одиночні клітини здатні виживати самостійно, то чому еволюціонувала багатоклітинність?


Цю ситуацію можна певним чином порівняти з еволюцією сім’ї та суспільства; під час кризи шанси на виживання збільшуються, коли хтось залишається в групі.

Подібні умови призвели б до еволюції багатоклітинності. Різниця між тим, щоб бути по -справжньому багатоклітинними і просто бути групою клітин, полягає в тому, що при багатоклітинності окремі клітини не можуть вижити за відсутності іншої. Крім того, різні клітини багатоклітинного організму виконують різні функції. Однак, безперечно, ймовірно, що групування без сильної залежності було б першими етапами еволюції багатоклітинності.

Одним із складних видів мікробних колоній є біоплівка. У біоплівці різні "регіони" колонії мають різні види функціональних ролей; «зовнішні» клітини забирають поживні речовини для колонії з навколишнього середовища, тоді як внутрішні клітини розмножуються і підтримують колонію в процвітанні. Бактерії також розробили спосіб передачі сигналу (або "розмови") іншим бактеріям (того ж виду) за допомогою механізму, відомого як кворумне виявлення, яке певним чином змінює поведінку бактерій, коли вони залишаються в групі.

Диктіостелій або слизова цвіль (або ласкаво називається дурість :)) є прикладом ранньої еволюції багатоклітинності у еукаріотів. Коли їжі багато, дикта залишається як одноклітинна амеба. Однак при нестачі їжі дикційні амеби починають групуватися і дають початок багатоклітинному «слимаку». Слимака диктатора блукає навколо, і коли він зустрічає відповідні умови (наприклад, вологість), він диференціюється, утворюючи «плідне тіло», яке більш-менш виглядає як грибкова спора. У плодовому тілі деякі клітини утворюють спори (які виробляють нові диктики), тоді як деякі клітини утворюють ніжку (яка підтримує спори). Очевидно, вибір того, якою частиною стане клітина, є випадковим, і на цьому етапі окремі амеби з дикти не є більш егоїстичними. Агрегація амеб, що містяться в комоді, координується сигнальною молекулою, яка називається цАМФ, і це працює так само, як і кворум.


Взято з Вікіпедії

Volvox - ще один приклад ранньої стадії багатоклітинної еволюції.

Підводячи підсумок, як ви сказали, окремі клітини цілком можуть вижити самі по собі. Однак у деяких ситуаціях багатоклітинність дало б організму певні переваги виживання. Ви повинні розуміти, що це лише одна зі стратегій виживання, і не всі організми, необхідні для цього. Насправді одноклітинних видів на планеті набагато більше, ніж багатоклітинних.

Я б повторив пропозицію Ремі про те, що вам варто заглянути на цей сайт під назвою «Розуміння еволюції», який проводить UC Berkeley.

Ви також можете подивитися на цю публікацію на нашому сайті щодо постійних сумнівів, з якими стикаються багато студентів та не експертів у галузі еволюції: "Чому деякі погані риси еволюціонують, а хороші-ні?"


З тієї ж причини, що соціальність так багато разів розвивалася серед тварин. Є багато переваг у наявності подібних побратимів. Адже багатоклітинні організми - це всього лише колонія, іноді суспільство, окремих клітин.


Еукаріот, який став сучасною органелою мітохондрій, об'єднався з прокаріотами. Ймовірно, це сталося в результаті поглинання мітохондрій материнською клітиною, але не руйнування, оскільки воно з користю створювало багаті енергією молекули АТФ за допомогою кисню та води за допомогою дихання.

Це були перші еукаріотичні клітини, які стали евкаріотичним, багатоклітинним життям.



Різні переваги для того, що Еукаріот стає багатоклітинним, включають:


Об'єм поверхні клітини дає клітинам природний розмір у кілька мікрометрів. Великим поодиноким клітинам стає все важче поглинати достатню кількість поживних речовин або кисню для об’єму цитоплазми.

Амеби можуть бути більшими через таку неправильну форму, що гарантує, що ніде всередині клітини вона не буде занадто далеко від поверхні клітин. Різні одноклітинні межі сферичної сантиметрової шкали існують також у багатих поживними речовинами частинах глибокого океану, таких як Валонія Вентрікоса.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Valonia_ventricosa


Ще одна перевага полягає в тому, що між клітинами, за межами клітинних стінок, можуть утворюватися структури, які все ще можуть бути захищені всередині тіла істоти. Таку сполучну мережу у тварин називають позаклітинним матриксом.

https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/cells/cytoskeleton/v/introduction-to-cytoskeleton


Зверніть увагу, що такі істоти, як морська губка, є багатоклітинними, але не мають окремих ділянок тіла, таких як органи, так само, як у тварин.

«Гени, які я обговорюю у своїй статті, не були присутні у спільного предка всього живого на Землі. Їх немає, наприклад, у бактерій. Їх немає (наскільки відомо вченим) навіть у губок. Тільки після предків чи вони з’явились із книжарів та двосторонніх, які розходилися від губок ”. (Планета вірусів, Карл Ціммер) Це цитата, яку я міг знайти, наскільки я пам’ятаю, про «бодібілдинг» у багатьох істот, але не про морську губку.


Багатоклітинний організм

Усі види тварин, наземних рослин і більшість грибів є багатоклітинними, як і багато водоростей, тоді як деякі організми частково одно- і частково багатоклітинні, як-от слизу і соціальні амеби, такі як рід Диктіостелій. [2] [3]

Багатоклітинні організми виникають різними способами, наприклад, шляхом поділу клітин або шляхом агрегації багатьох окремих клітин. [4] [3] Колоніальні організми є результатом того, що багато однакових особин об’єднуються, утворюючи колонію. Однак часто буває важко відокремити колоніальних протистів від справжніх багатоклітинних організмів, оскільки ці дві концепції не є різними, колоніальні протисти отримали назву “багатоклітинні”, а не “багатоклітинні”. [5] [6]


Перегортання сценарію

Автори Природа папір відкидає колоніальний підхід до багатоклітинності. Натомість вони пропонують щось зовсім інше: «В якості альтернативи ми стверджуємо, що тип клітин метазойних предків мав здатність існувати і переходити між кількома клітинними станами таким чином, як і сучасні трансдиференціюючі та стовбурові клітини» 8. Іншими словами, ці дослідники припускають, що перші багатоклітинні організми не утворилися з кульок клітин. Натомість вони утворилися з клітин, подібних до стовбурових клітин, які мали здатність диференціюватися на різні функції. Це радикальна ідея в еволюційній догмі. Він перевертає всю еволюційну парадигму.

Стає гірше. Поряд із черговим переписом еволюційної догми, це дослідження також збільшує складність отримання багатоклітинного організму на порядки. Щоб зрозуміти, чому це відбувається, необхідно спочатку розібратися в деяких речах щодо стовбурових клітин.


Хороша реакція на типове еволюційне розтягування спостережень та визначень! Існує досить велика різниця між тим, яка риса є справді "обов`язковою" (необхідною частиною виживання істоти) і тим, що є звичним ", - клітини водоростей, ймовірно, вижили б як особини, так і в колоніях. Подібне дослідження та твердження було зроблено для Chlorella vulgaris роки тому. Мабуть, навіть еволюціоністи не вважали це дуже переконливим і шукали інші водорості, щоб забезпечити кращу справу.

Подібним чином, дослідження дріжджів (знову в особливих лабораторних умовах) стверджувало, що було помічено походження спеціалізації на дріжджах. У справді багатоклітинних організмів клітини можуть бути дуже різними і грати особливу роль у різних функціях організму, і, як правило, не можуть вижити довго, як особини. У дріжджах “спеціалізація” полягала в тому, що деякі клітини гинули раніше інших, дозволяючи іншим клітинам відокремлюватися від колонії та утворювати нові колонії. Було незрозуміло, чи це було щось справді нове, чи навіть клітини загинули від внутрішньої активності чи стресів, які вони перебувають у колонії. Я також не чув жодних подальших звітів чи розробок з цього дослідження.

Еволюціоністи запитували: якщо ви вірите, що все може змінюватися від покоління до покоління, що заважає їм перетворитися на щось зовсім інше? Однак я думаю, що вони починають усвідомлювати або знали це весь час, що зміна - це не проста річ, яка може зростати, як кількість піщинок у піщаній дюні або краплі води в океані. Існує багато різних видів змін, і ті, які ми спостерігаємо в цих дослідженнях, не є тими змінами, які повинні статися, якщо все життя розвинулося з мікробів.


Як життя здійснило стрибок від одноклітинних до багатоклітинних тварин

Щоб відновити цю статтю, перейдіть на сторінку «Мій профіль», потім перегляньте збережені історії.

Джеймс О 'Брайен для журналу Quanta

Щоб відновити цю статтю, перейдіть на сторінку «Мій профіль», потім перегляньте збережені історії.

Протягом мільярдів років одноклітинні істоти мали планету для себе, плаваючи океанами в одиночному блаженстві. Деякі мікроорганізми зробили спробу багатоклітинного розташування, утворивши невеликі листки або нитки клітин. Але ці підприємства зайшли в глухий кут. Одна клітина керувала землею.

* Оригінальна історія передрукована з дозволу від Журнал Quanta, редакційно незалежний підрозділ SimonsFoundation.org чия місія полягає в тому, щоб покращити розуміння науки громадськістю, висвітлюючи дослідницькі розробки та тенденції в математиці, фізичних і природних науках.* Потім, через 3 мільярди років після появи мікробів, життя ускладнилося. Клітини організувалися в нові тривимірні структури. Вони почали розподіляти працю життя, так що одні тканини відповідали за переміщення, а інші управляли їжею та перетравленням. Вони розробили нові способи спілкування клітин та обміну ресурсами. Ці складні багатоклітинні істоти були першими тваринами, і вони мали великий успіх. Незабаром після цього, приблизно 540 мільйонів років тому, вибухнув тваринний світ, урізноманітнившись у калейдоскоп форм у так званому кембрійському вибуху. Швидко з'явилися прототипи кожного плану тіла тварин - від морських равликів до морських зірок, від комах до ракоподібних. Кожна тварина, яка жила з тих пір, була варіацією на одну з тем, що з’явилися за цей час.

Як життя здійснило цей вражаючий стрибок від одноклітинної простоти до багатоклітинної складності? Ніколь Кінг захоплюється цим питанням з тих пір, як почала свою кар'єру в біології. Скам'янілості не дають однозначної відповіді: Молекулярні дані вказують на те, що "урметазой", прабатько всіх тварин, вперше виник десь між 600 і 800 мільйонами років тому, але перші однозначні скам'янілості тіл тварин з'являються лише до 580 року мільйонів років тому. Тому Кінг звернувся до хоанофлагеллятів, мікроскопічних водних істот, чиї тип статури та гени розміщують їх прямо біля основи родинного дерева тварин. «На мою думку, хоанофлагелляти — це організм, на який слід дивитися, якщо ви дивитеся на тваринне походження», — сказав Кінг. У цих організмах, які можуть жити як поодинокі клітини, так і як багатоклітинні колонії, вона знайшла велику частину молекулярного інструментарію, необхідного для запуску життя тварин. І на її здивування, вона виявила, що бактерії, можливо, зіграли вирішальну роль у початку цієї нової ери.

Ніколь Кінг, біолог з Каліфорнійського університету, Берклі, вивчає походження тварин - одну з найбільших загадок в історії життя.

У великій статті, яка буде опублікована в спеціальному томі Cold Spring Harbor Perspectives in Biology у вересні, Кінг викладає аргументи щодо впливу бактерій на розвиток тваринного світу. По-перше, бактерії годували наших давніх предків, і це, ймовірно, вимагало від цих прототварин розробити системи для розпізнавання найкращої бактеріальної здобичі, захоплення та поглинання її. Усі ці механізми були змінені відповідно до багатоклітинного життя перших тварин. Огляд Кінга приєднується до широкої хвилі досліджень, які ставлять бактерії в центр історії життя тварин. «Ми були змушені тісно взаємодіяти з бактеріями 600 мільйонів років тому», — сказав Кінг, нині еволюційний біолог з Каліфорнійського університету в Берклі та дослідник Медичного інституту Говарда Хьюза. «Вони були тут першими, їх багато, вони домінуючі. У ретроспективі ми цього повинні були очікувати ».

Хоча ми схильні сприймати зростання тварин як належне, розумно запитати, чому вони взагалі виникли, враховуючи мільярдні роки успіху одноклітинних організмів. «Протягом останніх 3,5 мільярдів років бактерії існували в достатку, — сказав Майкл Хедфілд, професор біології Гавайського університету в Маноа. «Тварини ніколи не з’являлися до 700 чи 800 мільйонів років тому».

Технічні вимоги багатоклітинності значні. Клітини, які зобов’язуються жити разом, потребують цілком нового набору інструментів. Вони повинні придумати способи злипання, спілкування та обміну киснем та їжею. Їм також потрібна майстерна програма розвитку, спосіб спрямування конкретних клітин на виконання спеціалізованих робіт у різних частинах тіла.

Тим не менш, протягом еволюції перехід до багатоклітинності відбувався окремо цілих 20 разів у родах від водоростей до рослин до грибів. Але тварини першими розробили складні тіла, що стало найдраматичнішим прикладом раннього багатоклітинного успіху.

Щоб зрозуміти, чому це могло статися саме так, Кінг майже 15 років тому почав вивчати хоанофлагелати, найближчого до родичів тварин, як докторантуру в Університеті Вісконсіна, Медісон. Хоанофлагеляти - не найхаризматичніші створіння, що складаються з овальної плями, обладнаної єдиним хвостоподібним джгутиком, який просуває організм через воду, а також дозволяє йому їсти. Хвіст, мчачись вперед -назад, пропускає струм через жорстку, схожу на комір, окантовку з тонких ниток клітинної мембрани. Бактерії захоплюються течією і прилипають до коміра, і чоано поглинає їх.

Те, що зацікавило Кінга щодо хоанофлагелатів, - це гнучкість способу життя. Хоча багато з них живуть як окремі клітини, деякі також можуть утворювати невеликі багатоклітинні колонії. У виду Salpingoeca rosetta, що мешкає в прибережних лиманах, клітина готується до поділу, але припиняє розщеплення, залишаючи дві дочірні клітини, з'єднані тонкою ниткою. Процес повторюється, створюючи розетки або сфери, що містять до 50 клітин у лабораторії. Якщо все це звучить знайомо, то для цього є своя причина-ембріони тварин розвиваються із зигот приблизно так само, а сферичні колонії хоанофлагелятів неймовірно схожі на ембріони тварин ранньої стадії.

Коли Кінг почав вивчати S. rosetta, вона не могла змусити клітини постійно утворювати колонії в лабораторії. Але в 2006 році студент натрапив на рішення. Готуючись до секвенування геному, він облив культуру антибіотиками, і вона раптово розпустилася у рясні розетки. Коли бактерії, які були зібрані разом з вихідним зразком, були знову додані в лабораторну культуру одиночних хоанофлагелатів, вони теж утворили колонії. Ймовірне пояснення цього явища полягає в тому, що антибіотикотерапія студента ненавмисно знищила один вид бактерій, дозволивши відскочити іншому, який конкурує з ним. Тригером для утворення колонії стала сполука, вироблена раніше невідомим видом бактерій Algoriphagus, які їсть S. rosetta.

Здається, S. rosetta тлумачить цю сполуку як ознаку того, що умови сприятливі для групового життя. Кінг висуває гіпотезу, що щось подібне могло статися більше 600 мільйонів років тому, коли останній спільний предок усіх тварин розпочав свою доленосну подорож до багатоклітинності. "Я підозрюю, що предки тварин могли стати багатоклітинними, але могли мінятися вперед і назад в залежності від умов навколишнього середовища", - сказав Кінг. Пізніше багатоклітинність закріпилася в генах як програма розвитку.

Наполегливість Кінга у вивченні цього скромного організму, на яку не звертали уваги більшість сучасних біологів, викликала захоплення багатьох її колег -вчених (а також престижного стипендіату Макартура). "Вона стратегічно вибрала організм, щоб отримати уявлення про ранню еволюцію тварин, і систематично її вивчала", - сказала Діанна Ньюман, біолог з Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені, яка вивчає, як бактерії співіснують з навколишнім середовищем. Дослідження Кінга пропонують захоплюючий погляд у минуле, рідкісне вікно в те, що могло відбуватися в той таємничий період до появи перших скам’янілих тварин. Дослідження є «прекрасним прикладом» того, як бактерії формують навіть найпростіші форми складного життя, сказав Ньюман. «Це нагадує нам, що навіть на такому рівні розвитку тварин можна очікувати тригерів із мікробного світу». Систему бактерій S. rosetta тепер можна використовувати, щоб відповісти на більш конкретні запитання, наприклад, яка користь від багатоклітинності — питання, над яким Кінг та її співробітники в Берклі зараз працюють.

Перші бактерії датуються 3,5 мільярдами років. Але поява тварин, перша складна багатоклітинна форма життя, зайняла набагато більше часу.


Бактерії - моделі ефективності

Бактерія Escherichia coli, один з найкраще вивчених одноклітинних організмів, є майстром промислової ефективності. Цю бактерію можна розглядати як фабрику лише з одним продуктом: собою. Воно існує для того, щоб робити копії самого себе, і його бізнес-план полягає в тому, щоб зробити їх за найнижчою ціною, з максимально можливою ефективністю.

Ефективність, у випадку з бактерією, може бути визначена енергією та ресурсами, які вона використовує для підтримки своєї рослини та виробництва нових клітин, у порівнянні з часом, який вона витрачає на виконання завдання.

Доктор Цві Тлусті та студент -дослідник Арбель Тадмор з кафедри фізики складних систем розробили математичну модель для оцінки ефективності цих мікроскопічних виробничих установок. Їх модель, що нещодавно з’явилася в онлайн -журналі PLoS Computational Biology, використовує лише п’ять надзвичайно простих рівнянь для перевірки ефективності цих складних заводських систем.

Рівняння розглядають дві складові процесу виробництва білка: рибосоми та механізм, у якому виробляються білки, та фермент, який копіює генетичний код для вироблення білка на нитки месенджерної РНК для подальшої трансляції у білки. Таким чином, РНК-полімераза – це свого роду робота &lsquosupervisor&rsquo, яка забезпечує безперебійне виробництво білка, перевіряє характеристики та задає темп.

Перше рівняння оцінює швидкість виробництва самих рибосом, друге - вихід білка рибосом, третє - вироблення РНК -полімерази. Останні два рівняння стосуються того, як клітина призначає наявні рибосоми та полімерази для різних завдань створення інших білків, більшої кількості рибосом або більшої кількості полімераз.

Теоретична модель була перевірена на реальних бактеріях. Чи бактерії & lsquoweigh & rsquo витрати на конструювання та обслуговування їхніх механізмів виробництва білків проти прибутку, який можна було б отримати від здатності виробляти більше білків за менший час? Що відбувається, коли дефіциту критичного обладнання, скажімо, основного білка рибосом? Тлюсті і Тадмор виявили, що їх модель змогла точно передбачити, як кишкова паличка змінить свою виробничу стратегію, щоб максимізувати ефективність після порушень у робочому процесі, викликаних експериментальними змінами генів з важливими клітинними функціями.

Що & rsquos є оптимальним? Модель передбачає, що бактерія, наприклад, повинна мати сім генів для виробництва рибосом. Виявляється, це & rsquos точно таке число, яке має середня клітина E. coli. Бактерії, які мають п’ять чи дев’ять, мають набагато нижчий рейтинг ефективності. Іншими словами, «Еволюція» є майстром ефективності для живих заводів, вирішуючи будь -які виклики, які виникають із зміною умов виробництва.

Дослідження д-ра Цві Тлусті&rsquos проводиться за підтримки Центру біологічної фізики Clore.

Джерело історії:

Матеріали надані Інститут науки Вейцмана. Примітка. Вміст можна редагувати за стилем та довжиною.


Раннє одноклітинне життя

Зараз ведуться дебати щодо перших витоків життя на планеті, оцінки коливаються від 3,77 мільярдів років до 4,5 мільярдів років тому і не мають значення, ніж п’ятдесят мільйонів років після утворення нашої планети! Хоча часовий графік може бути неточним, немає обговорень щодо того, що перші форми життя існували в гідротермальних джерелах глибоко в океанах, оскільки найперші докази існування життя походять від опадів гідротермальних джерел. Ці перші форми життя були простими мікроорганізмами і, можливо, з’явилися майже відразу після утворення Світового океану.

Однак перші безперечні і прямі докази існування життя на Землі датуються приблизно 3,465 мільярдів років тому &mdashскам'янілими мікроорганізмами&mdash, тоді як попередні твердження, як правило, залежать від присутності речовини, що бере участь у біохімічних процесах, але не від залишків самих організмів. Однак перші прямі приклади життя, які були знайдені, вже показують певну складність клітин, включаючи клітинні стінки, що вкривають ДНК, що генерує білок, тому більш елементарні форми життя, ймовірно, існували набагато раніше.

(Фото: Nasky/Shutterstock)

По суті, починаючи 3,5 мільярда років тому, одноклітинні організми панували, незважаючи на ранню багатоклітинність у цианобактеріоподібних килимках, більшість з яких були прокаріотами, аж до появи еукаріотів (клітин з ядром, органелами та більш складними функціональними можливостями). Бактерії та археї - це перші дві сфери життя, які виникли, за ними слідує Еукарія. Ці прості організми змогли зберегти свій індивідуальний метаболізм і вижити всі самостійно, вимагаючи лише однієї клітини, а не додаткової спеціалізації. На планеті ще багато одноклітинних видів, включаючи бактерії, планктон і амебу, а також усіх протистів (які є еукаріотами), і дещо гриби.


Багатоклітинні проти. Одноклітинні організми

Як випливає з назви, головною відмінністю між багатоклітинними та одноклітинними організмами є кількість клітин, які в них присутні. Це призводить до розвитку всіх інших характеристик та властивостей цих живих організмів. Про те, чим відрізняються ці два типи, читайте у цій статті BiologyWise.

Як випливає з назви, основна відмінність між багатоклітинними і одноклітинними організмами полягає в кількості клітин, які присутні в них. Це призводить до розвитку всіх інших характеристик та властивостей цих живих організмів. Про те, чим відрізняються ці два типи, читайте у цій статті BiologyWise.

Клітини є будівельними матеріалами всіх форм життя. Кожна жива істота має клітини в своєму тілі. Склад, розподіл і кількість клітин, присутніх в організмі, визначають, чи є він багатоклітинним або одноклітинним. Клітини в організмі людини відіграють важливу роль у забезпеченні життя.

Ви б хотіли написати для нас? Ну, ми шукаємо хороших письменників, які хочуть поширювати інформацію. Зв'яжіться з нами, і ми поговоримо.

Простіше кажучи, різниця між одноклітинними та багатоклітинними організмами випливає з кількості наявних у них клітин. Як випливає з назви, одноклітинні організми містять одну єдину клітину, тоді як багатоклітинні організми містять у собі більше однієї клітини. Усі їхні фізичні характеристики та ознаки можна простежити за різницею в кількості клітин, які вони містять.

Одноклітинні організми

Через наявність у них лише однієї клітини ці організми значно менші за розмірами і дуже прості за будовою. Most of these organisms fall under the category of ‘prokaryotes’, or ‘prokaryotic entities’, because their composition and structure is not complex. The structure known as the cell nucleus is completely absent in these prokaryotes, and this leads to their inability to handle their surface area to volume ratios. Owing to this reason, their sizes are very small.

Most unicellular organisms are so small and microscopic in nature, that they are almost invisible to the naked human eyes. They do not have internal organs as well, and this means that the membranes which are the organic coats around the organs are also absent. Due to their highly simplistic life form, these can exist in areas that are perceived to be hazardous to human life and are highly acidic or radioactive in nature.

It is believed by many scientists that the human race is the result of long term evolution of many unicellular organisms that existed millions of years ago. The two sets of organisms exist in harmony with each other on our planet. Besides this, all these organisms have their own specific roles to play in nature’s ecosystem.

Приклади: All forms of bacteria, amoeba, yeast, and paramecium.

Multicellular Organisms

On the other hand, these organisms are those forms of life that have more than one cell present in them. In fact, they have millions of cells present in them.

Ви б хотіли написати для нас? Ну, ми шукаємо хороших письменників, які хочуть поширювати інформацію. Зв'яжіться з нами, і ми поговоримо.

The larger number of cells means that these organisms are much bigger in size and are very complex and intricate in their composition as well as structure. Human beings are the best example of multicellular organisms, and the large number of cells leads to the birth of many different organs for carrying out different functions. Most ‘eukaryotes’ or ‘eukaryotic entities’ are multicellular. The cell nuclei present in eukaryotes and the DNA of the organisms are separately placed, unlike the case of unicellular organisms. All these cells work in tandem with each other to keep the life form alive, and this leads to a variety of complex functions occurring simultaneously.

The organisms in both the categories differ greatly in their appearance, and even though multicellular organisms grow to large sizes, some of them are still microscopic in nature. These are also known as ‘myxozoa’.

Приклади: Human beings, animals, plants, myxozoa, and all kinds of fungi.

Scientists discovered all the differences between multicellular and unicellular organisms and this laid the foundation for the rest of biology to develop. The advanced study of the structure of all animals and plants would not be possible without proper knowledge about the cell structure of these organisms, since the cells are the primary life forces and no organism can be alive without the presence of cells in them.

The desire to know the differences between organisms is an important event in human history, and medical science would not be where it is today without this discovery.

Схожі повідомлення

Unicellular organisms refer to living entities that have only one cell, and the cell is responsible for performing all the functions. Some examples are amoeba, paramecium, bacteria, and cyanobacteria.

The following article presents before us monocot vs. dicot differences by considering their various features. Read on to known more about dicotyledon and monocotyledon classifications.

Exocytosis is the reverse of endocytosis. This article gives you a brief explanation of these processes and also compares the two.


Scientists Explore Why Single Cells Band Together

Researchers are discovering how multicellular organisms evolved.The first evidence of multicellularity happened about 2 billion years ago.

Let's turn now to the very first cells that swam all alone in the primordial soup. Those cells figured out a way to get together, and that led to the explosion of complex plants and animals we see on Earth today. It's a process scientists would like to know more about.

And as NPR's Joe Palca tells us, a new study sheds light on that.

JOE PALCA: This is a story that starts a long time ago.

JOHN KOSCHWANEZ: It's believed life started around four billion years ago, and the first evidence of multicellularity is a little over two billion years ago.

PALCA: John Koschwanez is a researcher at Harvard. He's investigating how those first cells joined together.

KOSCHWANEZ: We can't take a time machine back two billion years ago to find out exactly what happened, but instead we can do a couple things in the lab.

PALCA: One of those things is to see if there any benefit for cells that are normally loners to gather their pals and form a clump. Koschwanez tried this with yeast. A single yeast cell has a problem. It can get energy from sugar, but it spills lot, so it doesn't make the most efficient use of the sugar around it. But if the yeast clump together into a group, instead of spilling the sugar on the floor, as it were, they're all spilling it on their neighbors.

KOSCHWANEZ: So in essence all the cells within the clump of cells are feeding each other.

PALCA: So Koschwanez tried growing loners and clumpers in conditions where sugar was scarce.

KOSCHWANEZ: And we compared the single cells against a group of cells.

PALCA: Sure enough, as Koschwanez reports in the journal Plos Biology, the clumpers beat the loners hands-down. So if in the course of evolutionary time a group of yeast cells did happen to clump together, they would probably stick around and thrive.

Rick Grosberg is a biologist at the University of California Davis. He says the new study shows you don't need some unique and strange event two billion years ago to encourage cells to form into groups.

RICK GROSBERG: The conditions that really promote group formation in organisms as simple as yeast are very simple conditions. There's nothing complicated or surprising or special about them. They must have been very general conditions.

PALCA: Now there is multicellularity, and then there is multicellularity. Nicole King is at the University of California, Berkeley.

NICOLE KING: There are simple forms of multicellularity, in which cells typically are living on their own but they can come together under certain environmental conditions.

PALCA: But King thinks more interesting is the kind where different cells take on different tasks within a single organism. In the case of humans, that would mean heart cells or brain cells or something specialized like that.

KING: That's the kind of multicellularity that most of us think about, and know and love.

PALCA: And how that happened is really complicated. In her work, King studies tiny single-celled organisms called choanoflagellates. These are organisms that have already begun to develop special bits, like a kind of tail for swimming around on a collar of tentacles to grab bacteria for dinner.

KING: All of them are single-celled, but the exciting thing is that some of them can form little multi-celled colonies as well.

PALCA: Inside the colonies, individual cells can start to take on these specialized functions, like swimming or digesting. King doesn't know precisely how that happens, but she does know one thing. If you compare the genomes of these tiny single-celled creatures with the genomes of some of the first true animals, they look remarkably similar.

KING: So we in fact think that a cell that looked like a choanoflagellate was probably the ancestor of animals.

PALCA: In other words, we all have some pretty humble origins.

Joe Palca, NPR News, Washington.

Copyright © 2011 NPR. Всі права захищені. Для отримання додаткової інформації відвідайте сторінки використання та дозволи нашого веб -сайту www.npr.org.

Стенограми NPR створюються у терміновий термін компанією Verb8tm, Inc., підрядником NPR, і виготовляються за допомогою власного процесу транскрипції, розробленого за допомогою NPR. Цей текст може бути не в остаточній формі і може бути оновлений або переглянутий у майбутньому. Точність та доступність можуть відрізнятися. Авторитетним записом програмування NPR & rsquos є аудіозапис.


Bacteria with bodies - multicellular prokaryotes

Bacterial cells are fundamentally different to the cells of multicellular animals such as humans. They are far smaller, with less internal organisation and no nucleus (they have DNA but it is not packaged safely within a membrane). Because of this bacteria are almost exclusively single-celled organisms, with their own autonomy and often mobility.

Of course many bacteria form large interlinked structures such as biofilms and colonies. These show impressive cellular organisation, but they cannot really be considered one single multicellular organism. In order to be considered a multicellular creature, and organism must fulfil certain criteria:

Are there some bacteria that can do all that? Not very many of them can, true, or there would be large multicellular bacterial 'animals' roaming the plains. But there are a number of photosynthetic bacteria are able to form truly multicellular structures, albeit rather small ones.

Those long chains are technically all one organism, a photosynthesising cyanobacteria. The outer cell wall surrounds the whole organism in one continual envelope, and fulfills the first requirement for multicellularity, keeping the cells together. The arrows point towards larger cells which fulfill the both the third and the fourth. These larger cells are very different from the ones surrounding them they have differentiated to form specialised cells whose only job is to take up inorganic nitrogen from the surroundings and 'fix' it into a usable organic form.

This is a very important development, as the enzyme required to fix nitrogen does not work in the presence of oxygen, which is vital for respiration. That's why most animals and plants can't fix nitrogen and instead rely on food sources, or surrounding soil bacteria for the organic form. Bacteria have different ways to respond to this problem. Some rely on outside food sources, others become totally anaerobic (not using any oxygen at all) and some, like the cyanobacteria, have differentiated to form special nitrogen-fixing cells.

(There is a third strategy, which is to become a nitrogen fixing bacteria by night, and an aerobically respiring bacteria by day, but this requires huge amounts of energy as it means that the cell has to do a complete enzyme turnover every twelve hours)

The differentiated cell is called a heterocyst. It has a thicker cell wall to stop oxygen diffusing into the cell, and all cellular processes that might produce oxygen have been removed. Once the cell has turned into a heterocyst it cannot change back again, and is completely dependant on the cells surrounding it for the products of respiration, which it cannot carry out by itself as the process requires oxygen. Likewise, the surrounding cells are dependant on the heterocyst for the provision of nitrogen.

The cells also communicate between themselves, using a feedback system of chemical messages to determine which of them will differentiate into a nitrogen cell and which ones will stay as normal respiring cells. They can also choose to differentiate into hormogonia, which are little lines of very tiny cells that act as invasive reproducing particles. Hormogonia have some pretty awesome properties, they can glide through slime, scuttle around with pili and even float on water due to internal gas vesicles. Unlike the nitrogen-producing cells though, hormogonia are not terminally differentiated, and can turn back into normal cells once they've reached a good destination to reproduce in.

Can this be considered 'true' multicellular behaviour? There are arguments either way, but as far as I'm concerned this is a multicellular bacteria. It's certainly the closest a bacteria can get to loosing it's single-celled autonomy and existing within a larger organism.

This post is based on an older post from my previous blog, Life of a Lab Rat.

Flores, E., & Herrero, A. (2009). Compartmentalized function through cell differentiation in filamentous cyanobacteria Nature Reviews Microbiology, 8 (1), 39-50 DOI: 10.1038/nrmicro2242

The views expressed are those of the author(s) and are not necessarily those of Scientific American.

ПРО АВТОРІВ

A biochemist with a love of microbiology, the Lab Rat enjoys exploring, reading about and writing about bacteria. Having finally managed to tear herself away from university, she now works for a small company in Cambridge where she turns data into manageable words and awesome graphs.


Подивіться відео: ІСТОРІЯ ВСЕСВІТУ ЗА 10 ХВИЛИН. СЕРІЯ 4 БОНУСНА дубляж (Листопад 2022).