- De ce există organisme multicelulare?
- Dimensiunea celulei și raportul volumului suprafeței (S / V)
- O celulă foarte mare are o suprafață de schimb limitată
- Avantajele de a fi un organism multicelular
- Dezavantaje de a fi un organism multicelular
- Care au fost primele organisme multicelulare?
- Evoluția organismelor multicelulare
- Ipoteză colonială și simbiotică
- Ipoteza sinctiului
- Originea organismelor multicelulare
- Referințe
În primele organisme multicelulare , conform uneia dintre ipotezele cele mai acceptate, au început să grup în colonii sau în relații simbiotice. Odată cu trecerea timpului, interacțiunile dintre membrii coloniei au început să fie cooperante și benefice pentru toți.
Treptat, fiecare celulă a fost supusă unui proces de specializare pentru sarcini specifice, crescând gradul de dependență de însoțitorii săi. Acest fenomen a fost crucial în evoluție, permițând existența unor ființe complexe, crescând dimensiunea acestora și admitând diferite sisteme de organe.
Organismele coloniale, precum Volvox, ne permit să facem ipoteze despre caracteristicile potențiale ale organismelor ancestrale multicelulare. Sursa: Frank Fox
Organismele multicelulare sunt organisme formate din mai multe celule - cum ar fi animale, plante, unii fungi etc. În prezent există multiple teorii care explică originea ființelor multicelulare pornind de la forme de viață unicelulare care s-au grupat ulterior.
De ce există organisme multicelulare?
Trecerea de la organisme unicelulare la organisme multicelulare este una dintre cele mai interesante și controversate întrebări dintre biologi. Cu toate acestea, înainte de a discuta despre posibilele scenarii care au dat naștere multicelularității, trebuie să ne întrebăm de ce este necesar sau benefic să fie un organism compus din multe celule.
Dimensiunea celulei și raportul volumului suprafeței (S / V)
O celulă medie care face parte din corpul unei plante sau animale măsoară între 10 și 30 micrometri în diametru. Un organism nu poate crește ca mărime prin extinderea dimensiunii unei singure celule, din cauza limitării impuse de raportul dintre suprafața și volum.
Diferite gaze (cum ar fi oxigenul și dioxidul de carbon), ioni și alte molecule organice trebuie să intre și să părăsească celula, traversând suprafața care este delimitată de o membrană plasmatică.
De acolo trebuie să se răspândească pe întregul volum al celulei. Astfel, relația dintre suprafața și volumul este mai mică în celulele mari, dacă o comparăm cu același parametru în celulele mai mari.
O celulă foarte mare are o suprafață de schimb limitată
În urma acestui raționament, putem ajunge la concluzia că suprafața de schimb scade proporțional cu creșterea dimensiunii celulare. Să folosească un cub de 4 cm , de exemplu, cu un volum de 64 cm 3 și o suprafață de 96 cm 2 . Raportul va fi de 1,5 / 1.
În schimb, dacă luăm același cub și îl împărțim în 8 cubi de doi centimetri, raportul va fi de 3/1.
Din acest motiv, dacă un organism își mărește dimensiunea, ceea ce este benefic în mai multe aspecte, cum ar fi în căutarea de hrană, locomoție sau prădători care scapă, este de preferat să facă acest lucru prin creșterea numărului de celule și menținerea unei suprafețe adecvate pentru animale. procese de schimb.
Avantajele de a fi un organism multicelular
Avantajele de a fi un organism multicelular depășesc simpla creștere a dimensiunii. Multicelularitatea a permis creșterea complexității biologice și formarea de noi structuri.
Acest fenomen a permis evoluția căilor de cooperare extrem de sofisticate și a comportamentelor complementare între entitățile biologice care alcătuiesc sistemul.
Dezavantaje de a fi un organism multicelular
În ciuda acestor beneficii, găsim exemple - ca în mai multe specii de ciuperci - ale pierderii multicelularității, revenind la starea ancestrală a ființelor unicelulare.
Când sistemele de cooperare eșuează între celulele din corp, pot rezulta consecințe negative. Cel mai ilustrativ exemplu este cancerul. Cu toate acestea, există mai multe căi care, în cele mai multe cazuri, reușesc să asigure cooperarea.
Care au fost primele organisme multicelulare?
Începuturile multicelularității au fost remarcate într-un trecut foarte îndepărtat, în urmă cu mai bine de 1 miliard de ani, conform unor autori (de exemplu, Selden și Nudds, 2012).
Deoarece formele de tranziție au fost slab conservate în evidența fosilelor, nu se știe prea multe despre ele și despre fiziologia, ecologia și evoluția lor, ceea ce îngreunează procesul de construire a unei reconstrucții a multicelularității incipiente.
De fapt, nu se știe dacă aceste prime fosile au fost animale, plante, ciuperci sau oricare dintre aceste linii. Fosilele se caracterizează prin a fi organisme plane, cu o suprafață / volum ridicat.
Evoluția organismelor multicelulare
Deoarece organismele multicelulare sunt compuse din mai multe celule, primul pas în dezvoltarea evolutivă a acestei afecțiuni ar fi trebuit să fie gruparea celulelor. Acest lucru se poate întâmpla în diferite moduri:
Ipoteză colonială și simbiotică
Aceste două ipoteze propun că strămoșul inițial al ființelor multicelulare au fost colonii sau ființe unicelulare care au stabilit relații simbiotice între ele.
Nu se știe încă dacă agregatul a fost format din celule cu identitate genetică diferențiată (cum ar fi un biofilm sau biofilm) sau din celule stem și fiice - identice genetic. Această din urmă opțiune este mai posibilă, deoarece conflictele genetice de interese sunt evitate în celulele înrudite.
Trecerea de la ființele cu celule unice la organisme multicelulare implică mai multe etape. Prima este diviziunea treptată a muncii în celulele care lucrează împreună. Unii iau funcții somatice, în timp ce alții devin elemente de reproducere.
Astfel, fiecare celulă devine mai dependentă de vecinii săi și câștigă specializarea într-o anumită sarcină. Selecția a favorizat organismele care s-au grupat în aceste colonii timpurii peste cele care au rămas solitare.
În zilele noastre, cercetătorii caută posibilele condiții care au dus la formarea acestor clustere și cauzele care ar fi putut duce la favorizarea lor - versus forme unicelulare. Se folosesc organisme coloniale care ar putea aminti de coloniile ancestrale ipotetice.
Ipoteza sinctiului
Un sincitiu este o celulă care conține mai mulți nuclei. Această ipoteză sugerează formarea membranelor interne în cadrul unui sincitiu ancestral, permițând dezvoltarea mai multor compartimente într-o singură celulă.
Originea organismelor multicelulare
Dovada actuală indică faptul că starea multicelulară a apărut independent în mai mult de 16 linii de eucariote, inclusiv animale, plante și ciuperci.
Aplicarea noilor tehnologii precum genomica și înțelegerea relațiilor filogenetice a făcut posibilă sugerarea că multicelularitatea a urmat o traiectorie comună, începând cu cooptarea genelor legate de aderență. Crearea acestor canale a realizat comunicarea între celule.
Referințe
- Brunet, T., & King, N. (2017). Originea multicelularității animale și a diferențierii celulare. Celulă de dezvoltare, 43 (2), 124-140.
- Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biologie. Editura Medicală Panamericană.
- Knoll, AH (2011). Originile multiple ale multicelularității complexe. Revizuirea anuală a științelor Pământului și Planetarei, 39, 217-239.
- Michod, RE, Viossat, Y., Solari, CA, Hurand, M., și Nedelcu, AM (2006). Evoluția istoriei vieții și originea multicelularității. Jurnalul de biologie teoretică, 239 (2), 257-272.
- Ratcliff, WC, Denison, RF, Borrello, M., & Travisano, M. (2012). Evoluția experimentală a multicelularității. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (5), 1595-1600.
- Roze, D., și Michod, RE (2001). Mutație, selecție pe mai multe niveluri și evoluția dimensiunii propagului în timpul originii multicelularității. Naturalistul american, 158 (6), 638-654.
- Selden, P., & Nudds, J. (2012). Evoluția ecosistemelor fosile. CRC Press.