Почему появление многоклеточности было важным этапом в развитии жизни?

5 ответов на вопрос “Почему появление многоклеточности было важным этапом в развитии жизни?”

  1. serega.den66 Ответить

    Одним из важнейших этапов в эволюции живого мира было возникновение многоклеточных организмов из одноклеточных. Как считают ученые из Института Биологических Исследований Сэлк и Объединенного Института Генома при Департаменте Энергии США, вопреки распространенному до недавнего времени мнению, этот процесс не требовал серьезных перестроек генома. Сравнение геномов многоклеточных водорослей Volvox carteri и их ближайших родственников одноклеточных Chlamydomonas reinhardtii показало, что многоклеточные организмы могут строить свои более сложные молекулярные комплексы из тех же составных частей, что существуют и у их одноклеточных предков.
    “Если рассматривать белки как составные детали конструктора, то Chlamydomonas имеет замечательный набор таких составных частей!” – поясняет Джеймс Умен, профессор Лаборатории Молекулярной и Клеточной Биологии Растений Института Сэлк, – “Вольвоксу не понадобились дополнительные детали, вольвокс лишь поэкспериментировал с теми составными частями, что были унаследованы от предков. Мы ожидали большую разницу в размерах генома, числе генов и групп генов между Volvox и Chlamydomonas, но выяснилось, что это не так!”
    Многоклеточность возникает независимо в разных группах живых организмов, включая животных, грибы, растения, в том числе зеленые и красные водоросли. “Этот переход – одно из величайших эволюционных событий, изменивших развитие жизни на Земле!” – считает соавтор данного исследования Симон Прочник, компьютерщик из Объединенного Института Генома при Департаменте Энергии США, – “Было выдвинуто много гипотез в попытке объяснить, что же позволило многоклеточным организмам быть более сложными чем их одноклеточные предки.”
    Большинство таких переходов от одноклеточного существования к многоклеточному произошло более 500 миллионов лет назад, так что изменения на генетическом уровне трудно проследить. Интересное исключение – вольвоксовые (группа зеленых водорослей) – в этой группе многоклеточность возникала как серия небольших шажков-изменений, и даже среди современных представителей этой группы можно проследить этапы усложнения морфологии и развития.
    Считается, что Volvox – наиболее сложный представитель группы, – эволюционировал от предков, подобных Chlamydomonas, в ходе последних 200 миллионов лет, что делает эти современные организмы интересной моделью для изучения возникновения многоклеточности и клеточных дифференцировок. Ученые сиквенировали, то есть определили последовательность 138 миллионов пар нуклеотидов в геноме Volvox. Геном сам по себе на 17% больше, чем ранее сиквенированный геном Chlamydomonas, и разница в последовательности нуклеотидов между этими геномами сравнима с разницей между человеком и курицей.
    Несмотря на небольшое увеличение размера генома, предсказанное учеными число белков очень близко для этих двух организмов: 14,566 у Volvox против 14,516 у Chlamydomonas, и ученые не смогли обнаружить также каких-то принципиальных отличий в наборе белковых доменов (составных блоков в строении белков) и комбинаций этих доменов.
    “Это было совершенно неожиданным!” – поясняет Умен, – “ведь до нашего открытия считалось, что появление новых доменов белков играет важную роль в эволюции многоклеточности у растений и животных.”
    Несмотря на то, что в целом по белкам большой разницы не было, белки, специфичные именно для вольвоксовых, например, белки внеклеточного матрикса, отличались, – у представителей Volvox таких белков было больше по сравнению с Chlamydomonas.
    Каждая зрелая колония Volvox состоит из клеток со жгутиками, похожих на клетки Chlamydomonas, включенных в особым образом организованный внеклеточных матрикс, похожий на клеточные стенки клеток Chlamydomonas. Внеклеточный матрикс Volvox и по размерам и по сложности организации превосходит клеточную стенку Chlamydomonas, и это соотносится с увеличением числа и разнообразия генов, кодирующих основные белки внеклеточного матрикса ферофорины и поверхностные белки семейства VMP.
    Кроме того, Умен и его коллеги обнаружили увеличение у Volvox белка циклина D, который регулирует деление клеток. Видимо, это связано с более сложной регуляцией деления клеток в ходе развития Volvox. Наконец, как выяснили ученые, у Volvox произошло изменение функциональной роли некоторых генов: например, некоторые из белков ферофоринов стали выполнять роль гормональных сигналов, запускающих процессы половой дифференцировки.
    Источник

  2. raider95 Ответить

    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:
    беспозвоночные (губки, кольчатые черви, членистоногие, моллюски и другие);
    хордовые (все животные, у которых есть осевой скелет).
    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.

  3. artaav1984 Ответить

    Значимым этапом в истории Земли и эволюции жизни стало возникновение многоклеточности. Это дало мощный толчок к увеличению разнообразия живых существ и их развитию. Многоклеточность сделала возможным специализацию живых клеток в пределах одного организма, включая возникновение отдельных тканей и органов. Первые многоклеточные животные, вероятно, появились в придонных слоях мирового океана в конце протерозоя.
    Признаками многоклеточного организма считается то, что его клетки должны быть агрегированы, между ними обязательны разделение функций и установление устойчивых специфических контактов. Многоклеточный организм представляет собой жесткую колонию клеток, в которой сохраняется фиксированное их положение на протяжении всей жизни. В процессе биологической эволюции сходные клетки в теле многоклеточных организмов специализировались на выполнении определенных функций, что привело к формированию тканей и органов. Вероятно, в условиях протерозойского Мирового океана, уже содержавшего примитивные одноклеточные организмы, могла происходить самопроизвольная организация одноклеточных организмов в более высокоразвитые многоклеточные колонии.
    Можно только догадываться, какими были первые многоклеточные организмы протерозойской эры. Гипотетическим предком многоклеточных организмов могла быть фагоцителла, которая плавала в толще морской воды за счет биения поверхностных клеток – ресничек кинобласта.
    Фагоцителла питалась, захватывая взвешенные в среде частички пищи и переваривая их внутренней клеточной массой (фагоцитобласта). Возможно, именно из кинобласта и фагоцитобласта в процессе эволюционного развития произошло все многообразие форм и тканей многоклеточных организмов. Сама фагоцителла обитала в толще воды, но не имела ни рта, ни кишечника, а ее пищеварение было внутриклеточное. Потомки фагоцителлы приспосабливались к многообразным условиям существования при оседании их на морское дно, при перемещении к поверхности или при изменении источников питания. Благодаря этому у первых многоклеточных организмов постепенно появились рот, кишечник и другие жизненно важные органы.
    Еще одна распространенная гипотеза происхождения и эволюции многоклеточных организмов – появление трихоплакса как первого примитивного животного. Этот плоский многоклеточный организм, напоминающий ползущую кляксу, до сих пор считается одним из самых загадочных на планете. Он не обладает ни мускулатурой, ни передним и задним концом, ни осями симметрии, ни какими-либо сложными внутренними органами, но при этом способен размножаться половым путем. Особенности строения и поведения трихоплакса, ползающего по субстрату среди микроводорослей, позволили отнести его к категории одного из самых примитивных многоклеточных животных на нашей планете.
    Кто бы ни был предком многоклеточных животных, дальнейший ход эволюции в протерозое привел к появлению так называемых гребневиков. Это планктонные животные с рядами гребных пластинок, образованных сросшимися ресничками. В протерозое они перешли от плавания к ползанию по дну, их тело поэтому сплющилось, выделились головной отдел, двигательный аппарат в виде кожно-мускульного мешка, органы дыхания, сформировались выделительная и кровеносная системы. Линней, создатель первой научной системы органического мира, уделил гребневикам очень небольшое внимание, упомянув в своей «Системе природы» один вид гребневиков. В 1829 году вышла в свет первая в мире большая работа, посвященная медузам. Ее автор, немецкий зоолог Эшшольц (Eschscholtz), описал в ней и несколько видов известных ему гребневиков. Он считал их особым классом медуз, который назвал гребневиками (Ctenophora). Это название сохранилось за ними и в настоящее время» («Жизнь животных», под ред. Н. А. Гладкова, А. В. Михеева).
    Более 630 млн лет назад на Земле появились губки, которые развились на морском дне, преимущественно на мелководье, а потом опустились в более глубокие воды. Наружный слой тела губок образован плоскими покровными клетками, в то время как внутренний – жгутиковыми клетками. Одним своим концом губка прирастает к какому-либо субстрату – камням, водорослям, поверхности тела других животных.

  4. alexbes00 Ответить

    Число подобных примеров легко можно значительно увеличить. В заключение мы укажем только еще на одну группу фактов, касающихся накопления запасных веществ клетками печени грызунов. Установлено, что максимумы накопления гликогена, с одной стороны, и жиров и желчи — с другой, постоянны и закономерно чередуются в течение суток.
    Оказалось, что суточный ритм работы свойствен не только клеткам печени, но и ряду других органов. Так, показано, что интенсивность всасывания пищи (жир) эпителиальными клетками кишечника также подчиняется дневному ритму. Поэтому, если скармливать мышам (а возможно, и человеку) пищу в неурочное время, то всасывание, у предварительно голодавшего животного, почти не происходит.
    Отсюда ясно, как важен правильный распорядок дня в питании.
    Всеми перечисленными исследованиями устанавливается зависимость работы отдельных органов, тканей и клеток от общих координаций частей организма, в конечном итоге, как нередко говорят, от «организма как целого».
    Краткие сведения, которые мы выше привели, свидетельствуют о различно выраженной интеграции клеточных элементов в органах Metazoa, о большем или меньшем «растворении» части (клетки) в целом (организме), т. е. примате высшей ступени системности (организации) над ступенью низшей, соподчиненной.
    Исходя именно из этого вывода, мы и получаем конкретную расшифровку положения что клеточный комплекс Metazoa представляет собой нечто большее, чем простая сумма клеток.
    Вместе с тем именно эти данные являются блестящим доказательством правильности закона перехода количественных изменений в качественные, объясняющего своеобразие организованной системы по сравнению со свойствами составляющих ее единиц.
    Источник: http://www.activestudy.info/evolyuciya-kletki-i-dannye-o-stepeni-samostoyatelnosti-kletok-mnogokletochnyx-organizmov/

    Тема 4.3. Происхождение и развитие жизни на Земле


    Гипотезы происхождения жизни на Земле
    1. Дайте определения понятий.
    Жизнь – активное, идущее с затратой энергии, полученной извне, поддержание и самовоспроизведение специфических структур, состоящих из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот.
    Креационизм – теологическая и мировоззренческая концепция, согласно которой основные формы органического мира, человечество, планета Земля, а также мир в целом, рассматриваются как непосредственно созданные Творцом или Богом.
    Коацерваты – капли или слои с большей концентрацией коллоида (разведённого вещества), чем в остальной части раствора того же химического состава.
    Пробионты – белковые коацерваты, гипотетический первичные организмы (клетки), положившие начало всему современному разнообразию жизни на Земле, содержавшие макромолекулы (пробелки и про-ДНК) и получившие способность к самовоспроизведению.
    2.
    Каковы основные отличительные признаки живого от неживого?
    Живое отличается от неживого такими признаками, как: единство химического состава, единство структурной организации, открытость, обмен веществ и энергии, самовоспроизведение, саморегуляция, развитие и рост, раздражимость, наследственность и изменчивость.
    3.
    Каковы современные взгляды ученых на происхождение жизни?
    В современной науке принята гипотеза абиогенного (небиологического) происхождения жизни под действием естественных причин в результате длительного процесса космической, геологической и химической эволюции – абиогенез.
    Первый этап возникновения живого связан с химической эволюцией, в результате чего образовались различные углеводородные соединения. Второй этап возникновения живого связан с появлением белковых веществ. Третий этап возникновения жизни связан с формированием у органических соединений способности к самовоспроизведению.

  5. marsian4uk Ответить

    Учебник для 10-11 классов

    Глава XIII. Развитие жизни на Земле

    Историю живых организмов на Земле изучают по сохранившимся в осадочных горных породах остаткам, отпечаткам и другим следам их жизнедеятельности. Этим занимается наука палеонтология. Для удобства изучения и описания вся история Земли разделена на отрезки времени, имеющие различную длительность и отличающиеся друг от друга климатом, интенсивностью геологических процессов, появлением одних и исчезновением других групп организмов и т. д. В геологической летописи эти отрезки времени соответствуют разным слоям осадочных пород с включенными в них ископаемыми остатками. Чем глубже расположен слой осадочных пород (если, конечно, слои не перевернуты в результате тектонической деятельности), тем древнее находящиеся там ископаемые. Такое определение возраста находок является относительным. Кроме того, нужно помнить, что зарождение той или другой группы организмов происходит раньше, чем она появляется в геологической летописи. Группа должна стать достаточно многочисленной, чтобы через сотни миллионов лет мы могли обнаружить ее представителей при раскопках.

    Рис. 71. История развития жизни на Земле и формирование современной атмосферы
    Названия этих отрезков времени греческого происхождения. Самые крупные такие подразделения — зоны, их два — криптозой (скрытая жизнь) и фанерозой (явная жизнь). Зоны делятся на эры (рис. 71). В криптозое две эры — архей (древнейший) и протерозой (первичная жизнь). Фанерозой включает в себя три эры — палеозой (древняя жизнь), мезозой (средняя жизнь) и кайнозой (новая жизнь). В свою очередь, эры разделены на периоды, периоды иногда делят на более мелкие части. Для того чтобы выяснить, какие реальные промежутки времени соответствуют эрам и периодам, определяют содержание изотопов различных химических элементов в горных породах и остатках организмов. Поскольку скорость распада изотопов строго постоянная и хорошо известная величина, можно определить абсолютный возраст найденных ископаемых. Чем дальше от нас отстоит тот или другой период времени, тем с меньшей точностью определяется его возраст.
    § 55. Развитие жизни в криптозое
    По мнению ученых, планета Земля формировалась 4,5—7 млрд лет назад. Около 4 млрд лет назад стала остывать и затвердела земная кора, на Земле возникли условия, позволившие развиваться живым организмам. Эти первые организмы были одноклеточными, не имели твердых оболочек, поэтому обнаружить следы их жизнедеятельности очень трудно. Неудивительно, что ученые долгое время считали, что Земля значительную часть времени своего существования была безжизненной пустыней. Хотя на криптозой приходится около 7/8 всей истории Земли, интенсивное изучение этого зона началось только в середине XX в. Применение современных методов исследования, таких, как электронная микроскопия, компьютерная томография, методов молекулярной биологии позволило установить, что жизнь на Земле намного древнее, чем представлялось ранее. В настоящее время науке неизвестны такие осадочные породы, в которых бы не было следов жизнедеятельности. В самых древних известных на Земле осадочных породах, возраст которых 3,8 млрд лет, обнаружены вещества, входившие, по-видимому, в состав живых организмов.
    Архей. Архей — самая древняя эра, начался более 3,5 млрд лет назад и продолжался около 1 млрд лет. В это время на Земле были уже довольно многочисленны цианобактерии, окаменевшие продукты жизнедеятельности которых — строматолиты — найдены в значительных количествах. Австралийскими и американскими исследователями были найдены и сами окаменевшие цианобактерии. Таким образом, в архее уже существовала своеобразная «прокариотическая биосфера». Цианобактериям обычно для жизнедеятельности нужен кислород. Кислорода в атмосфере еще не было, однако им, по-видимому, хватало кислорода, который выделялся при химических реакциях, протекавших в земной коре. Очевидно, биосфера, состоящая из анаэробных прокариот, существовала еще раньше. Важнейшим событием архея явилось возникновение фотосинтеза. Нам неизвестно, какие именно организмы явились первыми фотосинтетиками. Самым ранним свидетельством существования фотосинтеза являются содержащие углерод минералы с таким соотношением изотопов, которое характерно именно для углерода, прошедшего через процесс фотосинтеза. Эти минералы имеют возраст более 3 млрд лет. Возникновение фотосинтеза имело огромное значение для дальнейшего развития жизни на Земле. Биосфера получила неиссякаемый источник энергии, а в атмосфере начал накапливаться кислород (см. рис. 71). Содержание кислорода в атмосфере еще долго оставалось низким, однако появились предпосылки бурного развития аэробных организмов в дальнейшем.
    Протерозой. Протерозойская эра — самая длинная в истории Земли. Она продолжалась около 2 млрд лет. Примерно через 600 млн лет после начала протерозоя, около 2 млрд лет назад, содержание кислорода достигло так называемой «точки Пастера» — около 1% от его содержания в атмосфере, современной нам. Ученые считают, что такая концентрация кислорода достаточна для того, чтобы обеспечить устойчивую жизнедеятельность одноклеточных аэробных организмов. Медленное, но постоянное увеличение содержания кислорода в атмосфере способствовало совершенствованию клеточного дыхания, возникновению окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование, будучи значительно более эффективным способом утилизации энергии углеводов, чем анаэробный гликолиз, в свою очередь, вело к процветанию аэробных организмов. Накопление кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана в стратосфере, что сделало принципиально возможной жизнь на суше, защитив ее от смертоносного жесткого ультрафиолета. Прокариоты — бактерии и одноклеточные водоросли — жили, по-видимому, и на суше, в пленках воды между минеральными частицами в зонах частичного затопления вблизи водоемов. Результатом их жизнедеятельности стало образование почвы.

    Рис. 72. Флора и фауна позднего протерозоя.
    1 — многоклеточная водоросль; 2 — губка; 3 — медуза; 4 — ползающий кольчатый червь; 5 — сидячий кольчатый червь; 6 — восьмилучевой коралл; 7 — примитивные членистоногие неясного систематического положения
    Не менее важным событием было и возникновение эукариот. Когда оно произошло, неизвестно, так как зафиксировать его очень трудно. Исследования на молекулярном уровне дали основание некоторым ученым предположить, что эукариоты могут быть столь же древними, как и прокариоты. В геологической же летописи признаки деятельности эукариот появились примерно 1,8—2 млрд лет назад. Первые эукариоты были одноклеточными организмами. По-видимо-му, уже у них сформировались такие фундаментальные признаки эукариот, как митоз и наличие мембранных органелл. Ко времени 1,5—2 млрд лет назад относят возникновение одного из самых важных ароморфозов — полового размножения.
    Важнейшим этапом в развитии жизни явилось возникновение многоклеточности. Это событие дало мощный толчок увеличению разнообразия живых организмов, их эволюции. Многоклеточность делает возможными специализацию клеток в пределах одного организма, возникновение тканей и органов, в том числе органов чувств, активное добывание пищи, передвижение. Эти преимущества способствовали широкому расселению организмов, освоению всех возможных экологических ниш и в конечном итоге формированию современной биосферы, пришедшей на смену «прокариотической». Первые многоклеточные организмы появились в протерозое не менее 1,5 млрд лет назад. Однако некоторые ученые считают, что это произошло гораздо раньше — около 2 млрд лет назад. Это были, по-видимому, водоросли.
    Вспышка разнообразия животных. Конец протерозоя, примерно 680 млн лет назад, ознаменовался мощной вспышкой разнообразия многоклеточных организмов и появлением животных (рис. 72). До этого периода находки многоклеточных редки и представлены растениями и, возможно, грибами. Возникшая в конце протерозоя фауна получила название эдиакарской по местности в Южной Австралии, где в середине XX в. в слоях возрастом 650—700 млн лет были обнаружены первые отпечатки животных. Впоследствии похожие находки были сделаны и на других материках. Эти находки послужили причиной выделения в протерозое особого периода, получившего название венд (по названию одного из славянских племен, живших на берегу Белого моря, где обнаружено множество ископаемых остатков представителей этой фауны). Венд продолжался примерно 110 млн лет. За это короткое по сравнению с предыдущими эпохами время возникло и достигло значительного разнообразия большое количество видов многоклеточных животных, относящихся к типам кишечнополостных, червей, членистоногих. Некоторые из этих животных имели до 1 м в длину, по-видимому, они были студенистыми, как медузы. Отличительная особенность животных вендо-эдиакарской фауны — отсутствие какого бы то ни было скелета. Вероятно, тогда еще не было хищников, от которых надо было защищаться.
    С чем же связана такая вспышка разнообразия? Ученые предполагают, что в конце протерозоя наша планета претерпевала значительные потрясения. Была очень высокой гидротермальная активность, шло горообразование, оледенения сменялись потеплением климата. В атмосфере увеличилось содержание кислорода. Повышение содержания кислорода до 5—6% от современного уровня, по-видимому, было необходимым для успешного существования многоклеточных животных довольно крупных размеров. Эти изменения в среде обитания, очевидно, и привели к появлению новых типов и их бурному развитию. Кончался криптозой, эон «скрытой жизни», охватывающий более 85% всего времени существования жизни на Земле, начинался новый этап — фанерозой.
    Как определяется относительный и абсолютный возраст палеонтологических находок?
    Какие основные ароморфозы можно выделить в эволюции одноклеточных организмов?
    Как жизнедеятельность живых организмов повлияла на изменение геологических оболочек Земли?
    4. Чем можно объяснить возникновение большого разнообразия многоклеточных животных в конце протерозоя?

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *