Все многоклеточные животные произошли от

Происхождение многоклеточности: теории и гипотезы

Прежде всего необходимо очертить круг вопросов, на которые теория происхождения многоклеточных должна давать ответы:

· Каковы были предки многоклеточных животных?

· Как в процессе эволюции изменялись эти предки?

· Когда и в каких условиях эти изменения происходили?

· Почему предполагаемые изменения стали выгодными именно в данных условиях?
До сих пор не существует единого мнения по поводу возникновения многоклеточности, поэтому здесь представлено несколько теорий происхождения многоклеточных организмов.

Первую колониальную гипотезу происхождения разработал Геккель в 1874г. Согласно этой теории предком многоклеточных была гастрея — многоклеточный двуслойный организм. Она произошла от колониальных протистов с шарообразными колониями. Процесс интеграции клеток в колонии сделал возможным разделение функций между клетками: передние клетки утрачивают жгутики и превращаются в фагоциты, сидящие во впячивании на переднем конце — образуется кишечник.Остальные клетки утрачивают пищеварительную функцию и становятся чисто двигательными. Рот гастреи находился на переднем конце, и пища "сама заплывала" в кишечник. Симметрия у гастреи была радиальной. При переходе к сидячему образу жизни ее потомки эволюционировали в губок и кишечнополостных, а при переходе к ползанию по дну — в плоских червей и всех остальных многоклеточных.

Мечников предложил гипотезу фагоцителлы 1886г. Эта теория во многом сходна с предыдущей. Но предком многоклеточных считается фагоцителла. Фагоцителла не имела рта и кишечника, пищеварение было внутриклеточное. Рот сформировался,как просвет между клетками наружного слоя, ведущий во внутреннюю паренхиму. Располагался он, в отличие от гастреи на заднем конце тела. Кишечника еще не было. Но теперь возникла возможность питаться более крупной добычей: внутренние клетки могли окружать ее, образуя гигантскую пищеварительную вакуоль. Однако для хищничества нужна еще способность ловить добычу. Поэтому хищничать научились только настоящие многоклеточные — после того, как у них возникли мышцы и управляющая ими нервная система. Постепенно у потомков фагоцителлы сформировался постоянный кишечник. По мере увеличения размеров он мог усложняться: возникли боковые карманы, чтобы доставлять пищу к наружным слоям клеток. В дальнейшем у некоторых животных эти карманы могли отделиться, дав начало полости тела — целому. Фагоцителла обитала в толще воды. Нетрудно представить себе, как от нее могли произойти современные группы животных при переходе к жизни на дне. Когда рта еще не было, осевшая на дно фагоцителла "превратилась" в трихоплакса. После появления рта, но до появления кишечника при переходе к ползанию возникли бескишечные турбеллярии. Рот у них сместился на брюхо, и они стали двустороннесимметричными. После появления кишечника часть потомков фагоцителлы перешли к сидячему образу жизни на дне — они превратились в кишечнополостных.

Гаметы и зигота — единственные одноклеточные стадии в жизненном цикле животных. Многоклеточных поколений может быть в жизненном цикле несколько. Согласно данной теории многоклеточные произошли от колониальных протистов. У протистов встречаются клетки, сильно увеличенные за счет запасания питательных веществ — как яйцеклетка у животных. Часто такие клетки делятся несколько раз подряд — это похоже на дробление. Таким способом образуются у протистов одноклеточные мелкие расселительные стадии — зооспоры. У колониальных протистов зооспоры могут оставаться все вместе, образуя колонию — синзооспору. В процессе эволюции могла произойти неотения и утратиться взрослая сидячая стадия. Таким образом бластула — это синзооспора, семья зооспор.
Отличия от теорий фагоцителлы и гастреи:

· Считается, что никогда не существовало однослойного шарообразного предка. Об этом свидетельствует то, что у всех многоклеточных бластулы не питаются. Не питаются и образующиеся из них паренхимулы. Поэтому и у древних многоклеточных такие стадии не были взрослыми организмами — это были всегда только личинки.

· Сидячий образ жизни примитивных взрослых многоклеточных.

· Наиболее примитивной из расселительных личинок считается бластула. В паренхимулу она превращается, готовясь к превращению во взрослый организм. Этот метаморфоз происходит после перехода к сидячему образу жизни. У всех остальных многоклеточных взрослая сидячая стадия утратилась. У этих животных личинки стали взрослыми — произошла неотения.

Эта теория на сегодняшнем уровне знаний имеет лишь исторический интерес. Она предполагает, что предками многоклеточных были сложно организованные протисты, такие как инфузории, а органы многоклеточных образовались в результате отделения мембранами органелл. Так, в соответствии с этой теорией кишечник образовался из глотки инфузории-туфельки, выделительная система — из ее сократительных вакуолей, покровы — из периферического слоя цитоплазмы. Эта теория полностью не соответствует взглядам современной науки и является безусловно ошибочной.

О предках многоклеточных

В рамках рассмотреннных теорий предполагается, что скорее всего предками многоклеточных была группа воротничковых жгутиконосцев — хоанофлагеллят. В пользу этого говорит то, что для примитивных многоклеточных очень характерны воротничково — жгутиковые клетки, строение которых очень слабо отличается от строения хоанофлагеллят. Подходящий у воротничковых жгутиконосцев и способ питания. Все они гетеротрофы, питающиеся за счет фагоцитоза и пиноцитоза. Им свойственна колониальность. Среди колоний есть даже такие, у которых наружные клетки имеют воротнички и жгутики, а внутренние — амебоидные. Единственный недостаток хоанофлагеллят, как предков многоклеточных, состоит в том, что до сих пор у них достоверно известен только один способ размножения — деление пополам. Ничего похожего на половое размножение или на дробление у них нет. Тем не менее, многие ученые считают эту группу протистов наиболее вероятными предками всех Metazoa

Источник



Происхождение многоклеточных животных

Каким образом в процессе развития животного мира произошел переход от одноклеточных к многоклеточным? Этот вопрос нельзя считать в какой-то степени решенным, и приходится ограничиваться более или менее вероятными гипотезами.

Происхождение многоклеточных животныхПроисхождение многоклеточных животных
1 — колония воротничковых жгутиконосцев типа Sphaeroeca с монотомическим размножением, 2 — колония воротничковых жгутиконосцев типа Proterospongia с палинтомическим размножением и половым процессом, 3 — ранняя фагоцителла I без рта, 4 — пластинчатые (Placozoa) без рта, 5 — губки (Spongia) без рта и кишечника, 6 — поздняя фагоцителла II со ртом, 7 — первичные кишечнополостные типа гастреи (двуслойные со ртом), 8 — первичные турбеллярии (тип
Plathelminthes) — паренхиматозные со ртом, смещенным к брюшной стороне, трехслойные, 9 — бескишечные турбеллярии с дальнейшей дифференциацией клеток и смещением рта на брюшную сторону

Наиболее старая и очень распространенная среди зоологов гипотеза заключается в том, что переходными к многоклеточным формам были колониальные организмы, подобные колониальным жгутиковым. Среди этих организмов есть и такие, которые состоят из нескольких совершенно сходных клеток, без следов какой-либо клеточной дифференцировки (Gonium, Pandorina и др.). Такой организм можно рассматривать как колонию разделившихся, но не разошедшихся клеток. В таком случае предполагается, что сначала колонии состояли из одинаковых клеток, а затем возникла дифференцировка клеточных элементов.

В 70-х годах прошлого столетия Э. Геккель, использовав данные эмбриологии, и особенно работы русского зоолога А. О. Ковалевского, разработал теорию происхождения многоклеточных, получившую название теории гастреи.

Э. Геккель — автор биогенетического закона (сформулированного им почти одновременно с Ф. Мюллером), по которому «онтогения представляет собой краткое повторение филогении»,— видел во всех стадиях дробления яйца повторение особенностей исчезнувших предков многоклеточных животных. Первый гипотетический одноклеточный (амебоидный) предок, соответствовавший стадии яйца, был назван цитея (Cytea). От него, по мнению Геккеля, произошли все голозойные организмы. Шаровидная колония амебоидных клеток (организмов) превратилась в единый организм — морею, которая соответствовала стадии морулы. Следующий гипотетический предок — бластея — возник в результате скопления студенистого вещества в центре (колонии) морей и распределения его клеток (членов колонии) по периферии. В эмбриональном развитии ему соответствует стадия бластулы. Гипотетическая бластея вначале передвигалась при помощи псевдоподий, которые позднее превратились в жгутики. Наконец, возникла гастрея путем впячивания передней стенки бластеи. Снаружи клетки гастреи продолжали нести жгутики, обеспечивающие ее движение. Внутренний слой клеток утратил жгутики и превратился в первичную кишку. Место впячивания дало первичный рот, при помощи которого кишечная — гастральная — полость сообщалась с внешней средой. В гастральной полости происходило переваривание пищи.

Наружный слой гастреи дал ее потомкам эктодерму, внутренний — энтодерму. Таким образом, по теории Геккеля, все многоклеточные животные, включая и губок, произошли от одной прародительской формы — гастреи. Они унаследовали от нее два первичных зародышевых листка — энто- и эктодерму — и первичный кишечник. Все ткани и органы много-клеточных позднее развились из этих образований. Кожные покровы и кишечник гомологичны у всех многоклеточных, так как имеют общее происхождение. Теория Геккеля завоевала многочисленных сторонников и долгое время господствовала в науке, но одновременно вызывала и справедливую критику.

Читайте также:  Раненные животные как пишется

Происхождение многоклеточных по И. И. Мечникову

Одним из серьезных оппонентов этой теории был И. И. Мечников. Его самыми существенными возражениями Геккелю были следующие: 1. Образование гаструлы путем инвагинации нельзя считать первичным, так как у наиболее примитивных многоклеточных (кишечнополостные, бескишечные турбеллярии) гаструляция происходит путем множественной иммиграции клеток в полость бластулы. 2. Образование первичного кишечника с полостным пищеварением не могло быть первичным, так как низшим многоклеточным в большой степени свойственно внутриклеточное пищеварение. 3. Процесс инвагинации в филогенезе не мог быть обусловлен ни физиологическими, ни экологическими причинами. И. И. Мечников предполагал, что предком многоклеточных животных (Metazoa) была колония жгутиковых. Первичный многоклеточный организм был однослойным и шаровидным (бластея, по Геккелю), покрытым жгутиками. Одни и те же клетки выполняли функции движения и поглощения пищи. После захвата пищевых частиц клетки теряли жгутики и уходили с поверхности во внутреннюю часть организма. Там происходило переваривание пищи, после чего клетки могли вновь возвращаться на поверхность и формировать новый жгутик. Таким образом произошло первичное, факультативное (временное) выделение наружного слоя клеток — кинобласта, имеющих функцию движения, и внутренней массы клеток — фагоцитобласта, занимающихся пищеварением. В результате эволюции это разделение закрепилось и образовался предок всех многоклеточных — паренхимелла, или фагоцителла (второе название применено И. И. Мечниковым позже).


Фагоцителла размножалась половым путем. Оплодотворенные яйца проходили полное равномерное дробление. Потомки фагоцителлы при оседании на дно и переходе к прикрепленному образу жизни дали ветвь, идущую к губкам. Плавающие фагоцителлы превратились в дальнейшем в первичных кишечнополостных, причем из фагоцитобласта у них сформировался первичный кишечник с ротовым отверстием. Часть потомков фагоцителлы перешла к жизни на дне; у ползающих форм тело сплющилось, возникла билатеральная симметрия, из них возникли первичные бескишечные ресничные черви.

Гипотеза И. И. Мечникова была основана на большом материале собственных исследований по эмбриологии низших многоклеточных (губок и кишечнополостных). Он впервые поставил важную проблему эволюции самого онтогенеза, изменения способов гаструляции и клеточной дифференциации у разных групп низших кишечнополостных. Он внес много нового в учение о первичных зародышевых листках и их эволюции.

Сравнительно недавно выдвинута еще одна гипотеза происхождения многоклеточности, называемая полиэнергидной или гипотезой целлюляризации. Автор ее — ученый И. Хаджи. Сначала он считал предками многоклеточных животных многоядерных жгутиконосцев, с большим числом жгутиков, а позднее инфузориеобразные формы (инфузорий, до возникновения у них ядерного дуализма). От них, по мнению Хаджи, пошли две ветви животного мира — одна к современным инфузориям, другая к самым примитивным (по его мнению) многоклеточным— бескишечным ресничным червям (Acoela). И. Хаджи сравнивал строение инфузорий и бескишечных турбеллярий и нашел у них много внешнего сходства. Из этого он делает заключение, что органеллы простейших превратились в органы многоклеточных, при этом увеличение (умножение) количества ядер и последующее обособление около них плазмы (целлюляризация) привело к возникновению многоклеточности. У современных Acoela, по мнению автора, этот процесс еще не закончился, отчего энтодерма этих животных имеет состояние плазмодия. В действительности же это состояние синцития, отсутствие границ между клетками возникает у этих животных вторично, в процессе онтогенеза, причем далеко не у всех видов. В последнее время удалось подтвердить истинно клеточное строение Acoela; с помощью электронного микроскопа были обнаружены клеточные мембраны в их наружном эпителии.

Сравнительный анализ строения тела инфузорий и бескишечных турбеллярий показал, что истинных гомологий между этими группами организмов провести нельзя. Кроме того, весь эмбриологический материал находится в противоречии с этой гипотезой.

А. В. Иванов в 1968 г. опубликовал книгу «Происхождение многоклеточных животных», написанную на основе анализа большого фактического материала и критического обзора литературных данных. Он приходит к заключению, что наиболее убедительной гипотезой происхождения многоклеточных является гипотеза фагоцителлы И. И. Мечникова.

Предками многоклеточных (Metazoa), по-видимому, были гетеротрофные воротничковые жгутиконосцы (Craspedomonadina) из отряда протомонадных (Protomonadida). От шаровидной свободноплавающей колонии, состоящей из одинаковых жгутиконосцев, возникали более сложные, с большей интеграцией колонии. Первоначально размножение было бесполым, колония распадалась на отдельные клетки, которые затем превращались в новые колонии. Возникновение полового процесса привело к разделению клеток колонии на соматические и половые. Одновременно произошла дифференциация переднезадней оси колонии и определение ее переднего и заднего концов (полюсов). Радиальная симметрия колонии приобрела многолучевой характер.

Вначале половые клетки — гаметы — были одинаковыми и наблюдалась изогамная копуляция, а позднее произошла дифференциация мужских и женских гамет и возникла анизогамия. Оплодотворенное яйцо — зигота — начинало интенсивно делиться до тёх пор, пока не возникала новая колония, подобная бластуле.

Дальнейшая дифференциация колонии привела к ее превращению в самостоятельный организм, подобный фагоцителле. При этом произошло вначале временное, или факультативное, а затем постоянное обособление наружного слоя, или кинобласта, и внутреннего, или фагоцитобласта (по И. И. Мечникову). Образовавшийся организм — фагоцителла —размножался как половым, так и бесполым путем. Первый эмбриональный этап развития приводил к образованию однослойной свободной личинки. Вторым этапом было постэмбриональное развитие, которое заключалось в росте животного и дальнейшей дифференциации его клеток. При этом часть клеток уходила с поверхности личинки внутрь, образуя внутренний слой. Таким образом возникла двух-слойность фагоцителлы. Затем из соматических выделились половые клетки и возникла половая зрелость организма.

Дальнейшим этапом развития А. В. Иванов предполагает образование ротового отверстия на заднем полюсе фагоцителлы. Вначале ее амебоидные фагоциты подходили в любом месте к поверхности и захватывали пищевые частицы. Однако с возникновением переднего конца тела координированное биение ресничек кинобласта создавало скопление (концентрацию) пищевых частиц на заднем конце тела, в так называемом мертвом пространстве. Здесь возникает ротовое отверстие, через которое фагоцитам легче захватывать пищу. Это обстоятельство согласуется с фактическим материалом и объясняет образование первичного рта у всех многоклеточных на заднем, вегетативном полюсе зародыша.

A. В. Иванов считает губок и бескишечных турбеллярий наиболее близкими формами к исходному общему предку всех Metazoa — фагоцителле.

Губки перешли к сидячему образу жизни и очень рано отделились от общего ствола Metazoa. Их предками были, по-видимому, схожие с фагоцителлой организмы, у которых еще не было ни рта, ни кишечника. Поверхностный слой клеток (кинобласт) погрузился внутрь и стал выполнять вместо двигательной вододвигательную функцию, а внутренний слой стал наружным. Так произошло известное выворачивание слоев тела у губок. Однако их свободноплавающие личинки— паренхимулы — очень похожи на личинок низших многоклеточных — планулы — и на гипотетическую раннюю фагоцителлу.

Вторая ветвь развития идет к общему предку двухслойных животных, от которого затем произошли два типа — кишечнополостные (Coelenterata) и гребневики (Ctenophora). Вначале эти формы были плавающими. Прикрепленный образ жизни привел к формированию примитивных кишечнополостных, близких к гидроидным полипам, от которых позднее возникли кораллы и плавающие медузы. Гребневиков можно считать прямыми потомками примитивных плавающих двухслойных, сохранившими первичный способ передвижения за счет ресничек гребных пластинок, гомологичных кинобласту фагоцителлы.

Третья ветвь развития от фагоцителлы идет к бескишечным турбелляриям. Их формирование связано с переходом к ползающему образу жизни, что способствовало возникновению билатеральной симметрии, оформлению переднего и заднего концов тела и образованию рта. Последний возникает первоначально на заднем конце тела, а затем перемещается на брюшную сторону.

Таким образом, по теории А. В. Иванова, ресничные черви — турбеллярии, с одной стороны, и примитивные предки кишечнополостных и гребневиков, с другой стороны, отходят почти одновременно от поздней фагоцителлы, у которой уже имелся рот, но фагоцитобласт еще не эпителизировался (кишечник еще не сформировался). В дальнейшем эти группы развиваются в какой-то мере параллельно.

B. Н. Беклемишев, который также разделяет гипотезу фагоцителлы И. И. Мечникова, обращает внимание на большое сходство (в главных чертах организации) взрослых гребневиков и турбеллярий с личинками кишечнополостных. Он объясняет это сходство общностью происхождения обеих групп (гребневиков и турбеллярий) от более или менее близких предков. По В. Н. Беклемишеву, гребневики и турбеллярий имеют укороченный жизненный цикл по сравнению с кишечнополостными. Он предполагает, что гребневики и турбеллярий развились из предков кишечнополостных путем неотении, т. е. из их личиночных форм, перешедших к прогрессивной эволюции. Дальнейшее развитие этих групп шло в некоторой степени параллельно, или конвергентно, что проявляется в сходстве строения (симметрии) нервной системы и в образовании аборального статоциста. Однако гребневики формировались как планктонные (за редким исключением) формы, а турбеллярий — как донные. Вследствие ползания по дну у них возникла билатеральная симметрия.

Читайте также:  Приму животное нижний новгород

Проблема происхождения многоклеточных и филогенетических связей между низшими многоклеточными — губками, кишечнополостными, гребневиками и турбелляриями — очень сложна. Ее нельзя считать полностью разрешенной. Для этого требуются новые данные по сравнительной цитологии, эмбриологии, физиологии указанных групп, с применением новейших методов исследования, таких, как электронная микроскопия и др.

Источник

Происхождение, характеристики, формирование и эволюция первых многоклеточных организмов

первые многоклеточные организмы, Согласно одной из наиболее принятых гипотез, они начали группироваться в колониях или в симбиотических отношениях. С течением времени взаимодействие между членами колонии стало сотрудничать и приносило пользу всем.

Постепенно каждая ячейка проходила процесс специализации для конкретных задач, увеличивая степень зависимости от своих партнеров. Это явление имело решающее значение в эволюции, позволяя существовать сложным существам, увеличивать их размеры и принимать различные системы органов..

Многоклеточные организмы — это организмы, состоящие из нескольких клеток, таких как животные, растения, некоторые грибы и т. Д. В настоящее время существует множество теорий, объясняющих происхождение многоклеточных существ, основанных на одноклеточных формах жизни, которые впоследствии были сгруппированы.

  • 1 Почему многоклеточные организмы?
    • 1.1 Размер ячейки и объемное соотношение поверхности (S / V)
    • 1.2 Очень большая ячейка имеет ограниченную поверхность обмена
    • 1.3 Преимущества многоклеточного организма
    • 1.4 Недостатки существования многоклеточного организма
    • 3.1 Колониальная и симбиотическая гипотеза
    • 3.2 Гипотеза синцития

    Почему многоклеточные организмы?

    Переход от одноклеточных к многоклеточным организмам является одним из самых волнующих и обсуждаемых вопросов среди биологов. Однако, прежде чем обсуждать возможные сценарии, которые привели к многоклеточности, мы должны спросить себя, почему необходимо или полезно быть организмом, состоящим из множества клеток.

    Размер ячейки и отношение объема поверхности (S / V)

    Средняя клетка, которая является частью тела овоща или животного, имеет диаметр от 10 до 30 микрометров. Организм не может увеличиваться в размерах, просто увеличивая размер отдельной клетки из-за ограничений, накладываемых взаимосвязью между поверхностью и объемом..

    Различные газы (такие как кислород и углекислый газ), ионы и другие органические молекулы должны входить и выходить из клетки, пересекая поверхность, ограниченную плазменной мембраной.

    Оттуда он должен распространяться по всему объему клетки. Таким образом, соотношение между поверхностью и объемом ниже в больших ячейках, если сравнить его с тем же параметром в больших ячейках.

    Очень большая ячейка имеет ограниченную поверхность обмена

    Следуя этим рассуждениям, мы можем прийти к выводу, что поверхность обмена уменьшается пропорционально увеличению размера ячейки. Давайте использовать в качестве примера 4 см куб, объемом 64 см. 3 и поверхность 96 см 2 . Соотношение будет 1,5 / 1.

    Напротив, если мы возьмем один и тот же куб и разделим его на 8 кубов по два сантиметра, соотношение будет 3/1.

    Поэтому, если организм увеличивает свой размер, что полезно в нескольких аспектах, таких как поиск пищи, передвижение или бегство от хищников, предпочтительно делать это путем увеличения числа клеток и, таким образом, поддерживать подходящую поверхность для обменные процессы.

    Преимущества многоклеточного организма

    Преимущества многоклеточного организма выходят за рамки простого увеличения размера. Многоклеточность позволила увеличить биологическую сложность и сформировать новые структуры.

    Это явление позволило эволюции очень сложных путей сотрудничества и взаимодополняемости поведения между биологическими объектами, которые составляют систему.

    Недостатки многоклеточного организма

    Несмотря на эти преимущества, мы находим примеры — как у нескольких видов грибов — потери многоклеточности, возвращающейся к наследственному состоянию одноклеточных существ.

    Когда между клетками организма происходит сбой систем сотрудничества, могут возникнуть негативные последствия. Самый показательный пример — рак. Тем не менее, есть несколько способов, которыми в большинстве случаев удается обеспечить сотрудничество.

    Какими были первые многоклеточные организмы?

    По словам некоторых авторов, начало многоклеточности уходило в глубокое прошлое, более 1000 миллионов лет назад (например, Selden & Nudds, 2012)..

    Поскольку формы переходов плохо сохранились в окаменелостях, мало что известно о них, а также о физиологии, экологии и эволюции, что затрудняет процесс разработки реконструкции зарождающейся многоклеточности..

    На самом деле, неизвестно, были ли эти первые окаменелости животными, растениями, грибами или какой-либо из этих линий. Окаменелости характеризуются как плоские организмы с большой поверхностью / объемом.

    Эволюция многоклеточных организмов

    Поскольку многоклеточные организмы состоят из нескольких клеток, первым шагом в эволюционной эволюции этого состояния должна быть группировка клеток. Это может произойти по-разному:

    Колониальная и симбиотическая гипотеза

    Эти две гипотезы предполагают, что первоначальным предком многоклеточных существ были колонии или одноклеточные существа, которые установили симбиотические отношения друг с другом..

    Пока не известно, был ли агрегат образован из клеток с дифференциальной генетической идентичностью (таких как биопленка или биопленка) или из стволовых и дочерних клеток — генетически идентичны. Последний вариант более вероятен, поскольку в связанных клетках генетические конфликты интересов исключены.

    Переход существ, состоящих из одной клетки, к многоклеточным организмам включает в себя несколько этапов. Первое — это постепенное разделение труда внутри клеток, которые работают вместе. Некоторые принимают соматические функции, а другие становятся репродуктивными элементами.

    Таким образом, каждая ячейка становится все более зависимой от своих соседей и приобретает специализацию в конкретной задаче. Отбор отдавал предпочтение организмам, сгруппированным в этих примитивных колониях, по сравнению с теми, которые остались в одиночестве..

    В настоящее время исследователи ищут возможные условия, которые привели к образованию этих групп, и причины, которые могут привести к их предпочтению — перед лицом одноклеточных форм. Используются колониальные организмы, которые могут помнить гипотетические колонии предков.

    Синцитио гипотеза

    Синцитий — это клетка, которая содержит несколько ядер. Эта гипотеза предполагает формирование внутренних мембран в предковом синцитии, что позволяет создавать множество компартментов в одной клетке..

    Происхождение многоклеточных организмов

    Данные, которые в настоящее время используются, указывают на то, что многоклеточное состояние появилось независимо более чем в 16 эукариотических линиях, включая животных, растения и грибы..

    Применение новых технологий, таких как геномика и понимание филогенетических отношений, позволило нам предположить, что многоклеточность пошла по общему пути, начиная с кооптации генов, связанных с приверженностью. При создании этих каналов достигается связь между клетками.

    Источник

    Происхождение многоклеточности: теории и гипотезы

    Прежде всего необходимо очертить круг вопросов, на которые теория происхождения многоклеточных должна давать ответы:

    · Каковы были предки многоклеточных животных?

    · Как в процессе эволюции изменялись эти предки?

    · Когда и в каких условиях эти изменения происходили?

    · Почему предполагаемые изменения стали выгодными именно в данных условиях?
    До сих пор не существует единого мнения по поводу возникновения многоклеточности, поэтому здесь представлено несколько теорий происхождения многоклеточных организмов.

    Первую колониальную гипотезу происхождения разработал Геккель в 1874г. Согласно этой теории предком многоклеточных была гастрея — многоклеточный двуслойный организм. Она произошла от колониальных протистов с шарообразными колониями. Процесс интеграции клеток в колонии сделал возможным разделение функций между клетками: передние клетки утрачивают жгутики и превращаются в фагоциты, сидящие во впячивании на переднем конце — образуется кишечник.Остальные клетки утрачивают пищеварительную функцию и становятся чисто двигательными. Рот гастреи находился на переднем конце, и пища "сама заплывала" в кишечник. Симметрия у гастреи была радиальной. При переходе к сидячему образу жизни ее потомки эволюционировали в губок и кишечнополостных, а при переходе к ползанию по дну — в плоских червей и всех остальных многоклеточных.

    Мечников предложил гипотезу фагоцителлы 1886г. Эта теория во многом сходна с предыдущей. Но предком многоклеточных считается фагоцителла. Фагоцителла не имела рта и кишечника, пищеварение было внутриклеточное. Рот сформировался,как просвет между клетками наружного слоя, ведущий во внутреннюю паренхиму. Располагался он, в отличие от гастреи на заднем конце тела. Кишечника еще не было. Но теперь возникла возможность питаться более крупной добычей: внутренние клетки могли окружать ее, образуя гигантскую пищеварительную вакуоль. Однако для хищничества нужна еще способность ловить добычу. Поэтому хищничать научились только настоящие многоклеточные — после того, как у них возникли мышцы и управляющая ими нервная система. Постепенно у потомков фагоцителлы сформировался постоянный кишечник. По мере увеличения размеров он мог усложняться: возникли боковые карманы, чтобы доставлять пищу к наружным слоям клеток. В дальнейшем у некоторых животных эти карманы могли отделиться, дав начало полости тела — целому. Фагоцителла обитала в толще воды. Нетрудно представить себе, как от нее могли произойти современные группы животных при переходе к жизни на дне. Когда рта еще не было, осевшая на дно фагоцителла "превратилась" в трихоплакса. После появления рта, но до появления кишечника при переходе к ползанию возникли бескишечные турбеллярии. Рот у них сместился на брюхо, и они стали двустороннесимметричными. После появления кишечника часть потомков фагоцителлы перешли к сидячему образу жизни на дне — они превратились в кишечнополостных.

    Гаметы и зигота — единственные одноклеточные стадии в жизненном цикле животных. Многоклеточных поколений может быть в жизненном цикле несколько. Согласно данной теории многоклеточные произошли от колониальных протистов. У протистов встречаются клетки, сильно увеличенные за счет запасания питательных веществ — как яйцеклетка у животных. Часто такие клетки делятся несколько раз подряд — это похоже на дробление. Таким способом образуются у протистов одноклеточные мелкие расселительные стадии — зооспоры. У колониальных протистов зооспоры могут оставаться все вместе, образуя колонию — синзооспору. В процессе эволюции могла произойти неотения и утратиться взрослая сидячая стадия. Таким образом бластула — это синзооспора, семья зооспор.
    Отличия от теорий фагоцителлы и гастреи:

    · Считается, что никогда не существовало однослойного шарообразного предка. Об этом свидетельствует то, что у всех многоклеточных бластулы не питаются. Не питаются и образующиеся из них паренхимулы. Поэтому и у древних многоклеточных такие стадии не были взрослыми организмами — это были всегда только личинки.

    · Сидячий образ жизни примитивных взрослых многоклеточных.

    · Наиболее примитивной из расселительных личинок считается бластула. В паренхимулу она превращается, готовясь к превращению во взрослый организм. Этот метаморфоз происходит после перехода к сидячему образу жизни. У всех остальных многоклеточных взрослая сидячая стадия утратилась. У этих животных личинки стали взрослыми — произошла неотения.

    Эта теория на сегодняшнем уровне знаний имеет лишь исторический интерес. Она предполагает, что предками многоклеточных были сложно организованные протисты, такие как инфузории, а органы многоклеточных образовались в результате отделения мембранами органелл. Так, в соответствии с этой теорией кишечник образовался из глотки инфузории-туфельки, выделительная система — из ее сократительных вакуолей, покровы — из периферического слоя цитоплазмы. Эта теория полностью не соответствует взглядам современной науки и является безусловно ошибочной.

    О предках многоклеточных

    В рамках рассмотреннных теорий предполагается, что скорее всего предками многоклеточных была группа воротничковых жгутиконосцев — хоанофлагеллят. В пользу этого говорит то, что для примитивных многоклеточных очень характерны воротничково — жгутиковые клетки, строение которых очень слабо отличается от строения хоанофлагеллят. Подходящий у воротничковых жгутиконосцев и способ питания. Все они гетеротрофы, питающиеся за счет фагоцитоза и пиноцитоза. Им свойственна колониальность. Среди колоний есть даже такие, у которых наружные клетки имеют воротнички и жгутики, а внутренние — амебоидные. Единственный недостаток хоанофлагеллят, как предков многоклеточных, состоит в том, что до сих пор у них достоверно известен только один способ размножения — деление пополам. Ничего похожего на половое размножение или на дробление у них нет. Тем не менее, многие ученые считают эту группу протистов наиболее вероятными предками всех Metazoa

    Источник

    Этапы зарождения жизни. Первые одноклеточные и многоклеточные

    Несмотря на разногласия, большинство ученых абсолютно уверены: жизнь зародилась в воде. Согласно эволюционной гипотезе советского биолога и биохимика А. И. Опарина, самые первые, примитивные формы жизни возникли в водной среде. Ученый считал, что зарождение жизни происходило в несколько этапов:

    • Первый этап. Образование органических веществ из неорганических. Более 3,5 миллиарда лет назад вокруг Земли еще не образовался озоновый слой — щит, защищающий планету от ультрафиолетовых лучей. Ультрафиолет свободно проникал к поверхности Земли. Вместе с этим в атмосфере происходили газовые разряды. Кислород тоже отсутствовал, а атмосфера была вынуждена довольствоваться альдегидами, спиртами и аминокислотами. При таких, казалось бы, экстремальных условиях в водах первичного океана начала образовываться органика, которая в дальнейшем дала жизнь примитивным микроскопическим существам.
    • Второй этап. Образование белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Разрозненные молекулы органических соединений, плавая в океанических водах, концентрировались и формировали системы, способные к росту и обмену веществ.
    • Третий этап. Зарождение пробионтов — первых живых существ. Эти пращуры всего живого на Земле умели не только расти и обеспечивать обмен веществ, но и размножаться.

    Большинство исследователей уверены, что зарождение жизни произошло в воде. Этому способствовало то, что в воде легче отыскать пищу, легче держать устойчивость своего тела, а кроме того, в море температура более постоянна, чем в воздухе.

    В теплой, богатой солями морской воде и зародилась жизнь. В течение долгих веков и тысячелетий она становилась разнообразнее и обильнее. Одни виды стали вытеснять другие. Борьба за существование заставляла некоторых обитателей моря постепенно выходить на берег. Так морские обитатели покинули водную стихию и заселили сушу.

    Этапы зарождения жизни. Первые одноклеточные и многоклеточные

    Животные и растения состоят из воды: животные и рыбы — на 75%, медузы — на 99%, картофель — на 76%, яблоки — на 85%, томаты — на 90%, огурцы — на 95%, арбузы — на 96%. Человек состоит из воды на 86% при рождении и на 50% в старости.

    ОТ ОДНОКЛЕТОЧНЫХ ДО НАШИХ ДНЕЙ

    Возраст самой ранней из первобытных бактерий — 3,5 миллиарда лет. Вероятно, уже тогда на планете присутствовал наш общий предок — одноклеточный организм с базовыми чертами, характерными для современных существ. От него потомкам досталось клеточное строение, способ хранения генетического кода в закрученных спиралью молекулах ДНК и способ хранения энергии в молекулах АТФ.

    От общего предка произошли три основные группы одноклеточных, существующих и по сей день. Сначала разделились между собой бактерии и археи, а от архей произошли эукариоты.

    Эволюция: бактерии, археи, эукариоты

    ДРЕВНЕЙШИЙ ПРЕДОК. АРХЕИ

    За миллиарды лет эволюции археи почти не изменились. С древних времен они приспособились к выживанию в экстремальных условиях. Некоторые виды выживают даже в кипятке. Археи неприхотливы в выборе пищи. Далеко не все высокоорганизованные потомки архей могут этим похвастаться.

    ЭУКАРИОТЫ. ЖГУТИКОВЫЕ

    Примерно 1,7 миллиарда лет назад от архей произошли эукариоты — ядерные одноклеточные организмы. Одноклеточные отрастили сзади жгутики и научились с их помощью передвигаться и фильтровать воду. Некоторые из них начали объединяться в колонии. Считается, что из одной такой колонии однажды произошли первые многоклеточные организмы.

    Эволюция: бактерии, археи, эукариоты

    РАЗВИТИЕ МНОГОКЛЕТОЧНЫХ. БИЛАТЕРИИ

    «Многие люди все больше укреплялись во мнении, что крупная ошибка была сделана прежде всего тогда, когда все спустились с деревьев. А некоторые говорили, будто даже влезание на деревья было ошибкой, и никому не следовало покидать океаны»

    Дуглас Адамс. Автостопом по галактике

    Около 1,2 миллиарда лет тому назад появились первые многоклеточные. Спустя время они разделились на группы:

    • Губки и пластинчатые. Эти существа дожили до наших дней практически в первозданном виде. У них нет отдельных органов и тканей. Эти организмы отфильтровывают питательные вещества из воды.
    • Кишечнополостные. Эти организмы обеспечены всего одной полостью и примитивной нервной системой.
    • Билатерии. К этой группе можно отнести всех остальных более развитых животных от червей до млекопитающих. Их отличительный признак — двусторонняя симметрия тела. Появление первых билатерий, вероятно, происходило около 620-545 миллионов лет назад.
    • Первичноротые и вторичноротые. Вскоре, после возникновения, билатерии разделяются на первичноротых и вторичноротых. От первых произошли почти все беспозвоночные: черви, моллюски, членистоногие. Вторичные стали прародителями иглокожих (морские ежи и звезды), полухордовых и хордовых, к которым относится в том числе и человек.

    Эволюционное развитие многоклеточных организмов

    Трилобиты — обитатели кембрийских морей. Эти членистоногие — древние предки ракообразных. Тело трилобитов было защищено хитиновым панцирем. Длина тела этих существ достигала 72 сантиметров.

    Источник