Усі живі організми поділяються на підцарства багатоклітинних і одноклітинних істот. Останні представляють собою одну клітку і відносяться до найпростіших, в той час як рослини і тварини є тими структурами, в яких століттями розвивалася більш складна організація. Кількість клітин варіюється залежно від різновиду, до якого належить особина. Розмір більшості настільки малий, що побачити їх можна тільки під мікроскопом. Клітини з "явилися приблизно 3,5 мільярда років тому.
У наш час всі процеси, що відбуваються з живими організмами, вивчає біологія. Підцарством багатоклітинних та одноклітинних займається саме ця наука.
Одноклітинні організми
Одноклітинність визначається наявністю в організмі єдиної клітини, яка виконує всі життєві функції. Всім відомі амеба та інфузорія-туфелька являють собою примітивні і, разом з тим, найдавніші форми життя, які є представниками цього виду. Вони були першими живими істотами, що жили на Землі. Сюди ж входять такі групи, як споровики, саркодові та бактерії. Всі вони малі і в основному невидимі для неозброєного ока. Їх прийнято розділяти на дві загальні категорії: прокаріотичні та еукаріотичні.
Прокаріоти представлені найпростішими або грибами деяких видів. Хтось із них живе колоніями, де всі особини однакові. Весь процес життя здійснюється в кожній окремій клітці для того, щоб вона вижила.
Прокаріотичні організми не мають пов'язаних мембранами ядер і клітинних органелл. Це зазвичай бактерії і ціанобактерії, такі як кишкова паличка, сальмонели, ностоки та ін.
Еукаріоти складаються з ряду клітин, виживання яких залежить один від одного. Вони мають ядро та інші органели, розділені мембранами. Це переважно водні паразити або гриби та водорості.
Всі представники цих груп розрізняються за розміром. Найменша бактерія має довжину всього 300 нанометрів. Одноклітинні зазвичай володіють спеціальними джгутиками або ресничками, які беруть участь в їх пересуванні. Вони мають просте тіло з вираженими основними рисами. Харчування, як правило, відбувається в процесі поглинання (фагоцитоза) їжі і зберігається в спеціальних органоїдах клітини.
Одноклітинні домінували як форма життя на Землі протягом мільярдів років. Однак еволюція від найпростіших до більш складних особин змінила весь ландшафт, оскільки вона призвела до зародження біологічно розвинених зв'язків. Крім того, поява нових видів призвела до утворення нового середовища з різноманітними екологічними взаємодіями.
Багатоклітинні організми
Основною характеристикою підцарства багатоклітинних є наявність в одному індивідуумі великої кількості клітин. Вони скріплюються між собою, тим самим створюючи абсолютно нову організацію, яка складається з безлічі похідних частин. Основну кількість з них можна побачити без якихось спеціальних приладів. Рослини, риби, птахи і тварини виходять з єдиної клітини. Всі істоти, що входять в підцарство багатоклітинних, регенерують нові особини з зародків, які формуються з двох протилежних гамет.
Будь-яка частина особини або цільний організм, який визначається великою кількістю складових, є складною, високо розвиненою структурою. У підцарстві багатоклітинних класифікація чітко поділяє функції, при яких кожна з окремих частинок виконує своє завдання. Вони займаються процесами життєдіяльності, підтримуючи цим існування всього організму.
Підцарство Багатоклітинні латиною звучить як Metazoa. Щоб сформувати складний організм, клітини потрібно ідентифікувати і приєднати до інших. Тільки з десяток найпростіших можна помітити індивідуально неозброєним оком. Інші майже два мільйони видимих особин є багатоклітинними.
Плюріцелюлярні тварини створені результатом об'єднання особин шляхом утворення колоній, ниток або агрегації. Плюріцелюлярні розвивалися самостійно, на зразок вольвоксу і деяких джгутикових зелених водоростей.
Ознакою підцарства багатоклітинних, тобто його ранніх примітивних видів, була відсутність кісток, мушель та інших твердих частин тіла. Тому їх слідів не збереглося до наших днів. Винятком є губки, що мешкають в морях і океанах досі. Можливо, їх останки знаходяться в якихось стародавніх скелях, як, наприклад, Grypania spiralis, скам'янілості яких знайдені в найдавніших шарах чорного сланцю, що відноситься до ранньопротерозійської ери.
У таблиці, що знаходиться нижче, підцарство багатоклітинних представлено у всьому його різноманітті.
Складні взаємозв'язки виникли в результаті еволюції найпростіших і появи здатності клітин розділятися по групах і організовувати тканини і органи. Існує багато теорій, що пояснюють механізми, за допомогою яких одноклітинні могли еволюціонувати.
Теорії виникнення
На сьогодні існують три основні теорії виникнення підцарства багатоклітинних. Короткий зміст синцитіальної теорії, щоб не заглиблюватися в подробиці, можна описати в декількох словах. Суть її полягає в тому, що примітивний організм, який мав у своїх клітинах кілька ядер, міг з часом розділити внутрішньою мембраною кожне з них. Наприклад, кілька ядер містить грибок цвілі, а також інфузорія-туфелька, чим підтверджують цю теорію. Однак наявності кількох ядер недостатньо для науки. Щоб підтвердити теорію їхньої множини, необхідно наочне перетворення на добре розвинену тварину найпростішого еукаріота.
Теорія колоній говорить, що симбіоз, що складається з різних організмів одного виду, призвів до їх зміни і появи більш досконалих істот. Геккель - перший вчений, хто представив цю теорію в 1874 році. Складність організації виникає тому, що клітини залишаються разом, а не роз'єднуються в процесі ділення. Приклади цієї теорії можна побачити у таких найпростіших багатоклітинних, як зелені водорості, які називаються евдорина або вольвакса. Вони утворюють колонії, які налічує до 50000 клітин залежно від виду.
Теорія колоній пропонує злиття різних організмів одного виду. Перевага цієї теорії полягає в тому, що було помічено, як під час нестачі продовольства амеби групуються в колонію, яка пересувається немов єдине ціле, в нове місце. Якісь з цих амеб трохи відрізняються один від одного.
Теорія симбіозу передбачає, що перша істота з підцарства багатоклітинних з'явилася завдяки співдружності несхожих примітивних істот, які виконували різні завдання. Такі відносини, наприклад, присутні між рибою-клоуном і морським анемоном або у ліан, що паразитують на деревах в джунглях.
Однак проблема цієї теорії полягає в тому, що невідомо, як ДНК різних особин можуть бути включені в єдиний геном.
Наприклад, мітохондрії та хлоропласти можуть бути ендосимбіонтами (організмами в організмі). Це трапляється вкрай рідко, і навіть тоді геноми ендосімбіонтів зберігають між собою відмінності. Вони окремо синхронізують свою ДНК під час мітозу видів господарів.
Два або три симбіотичні індивідууми, що утворюють лишайник, хоча і залежать один від одного заради виживання, але повинні окремо розмножуватися, а потім повторно з'єднуватися, знову створюючи єдиний організм.
Інші теорії, які також розглядають виникнення підцарства багатоклітинних:
- Теорія GK-PID. Близько 800 мільйонів років тому незначна генетична зміна в одній молекулі під назвою GK-PID, можливо, дозволила особинам перейти від однієї клітини до більш складної структури будови.
- Роль вірусів. Нещодавно було визнано, що гени, запозичені у вірусів, відіграють вирішальну роль у діленні тканин, органів і навіть при статевому розмноженні, при злитті яйцеклітини і сперматозоїду. Було знайдено перший білок syncytin-1, який передався від вірусу до людини. Він знаходиться в міжклітинних мембранах, які розділяють плаценту і мозок. Другий білок виявили 2007 року і назвали EFF1. Він допомагає формувати шкіру круглих хробаків нематод і є частиною цілого сімейства білків FF. Доктор Фелікс Рей в Інституті Пастера в Парижі побудував 3D-макет структури EFF1 і показав, що це він пов'язує частинки разом. Цей досвід підтверджує той факт, що всі відомі злиття найдрібніших частинок в молекули мають вірусне походження. Це також говорить про те, що віруси були життєво важливі для комунікації внутрішніх структур, і без них було б неможливим появи колонії підцарства багатоклітинних типу губок.
Всі ці теорії, як і багато інших, які продовжують пропонувати відомі вчені, дуже цікаві. Однак жодна з них не може чітко і однозначно відповісти на питання: як з єдиної клітини, яка зародилася на Землі, могло з'явитися таке величезне розмаїття видів? Або: чому одиночні особини вирішили об'єднатися і стали існувати разом?
Може, мине кілька років, і нові відкриття зможуть нам дати відповіді на кожне з цих питань.
Органи і тканини
Складні організми мають такі біологічні функції, як захист, кровообіг, травлення, дихання і статеве розмноження. Вони виконуються певними органами, такими як шкіра, серце, шлунок, легені та статева система. Вони складаються з багатьох різних типів клітин, які працюють спільно для виконання конкретних завдань.
Наприклад, серцевий м'яз має велику кількість мітохондрій. Вони виробляють аденозинтрифосфат, завдяки якому кров безперервно рухається по кровоносній системі. У клітин шкіри, навпаки, менше мітохондрій. Замість цього вони мають щільні білки і виробляють кератин, який захищає м'які внутрішні тканини від пошкоджень і зовнішніх факторів.
Розмноження
У той час як всі без винятку найпростіші організми розмножуються безстатевим шляхом, багато з підцарства багатоклітинних віддають перевагу статевому розмноженню. Люди, наприклад, є складною структурою, створеною шляхом злиття двох одиночних клітин, званих яйцеклітиною і сперматозоїдом. Злиття однієї яйцеклітини з гаметою (гамети - це спеціальні статеві клітини, що містять один набір хромосом) сперматозоїда призводить до утворення зиготи.
Зіґота містить генетичний матеріал як сперми, так і яйцеклітини. Поділ її призводить до розвитку абсолютно нового, окремого організму. Під час розвитку і ділення клітини, згідно із закладеною в генах програмою, починають диференціюватися по групах. Це в подальшому дозволить їм виконувати абсолютно різні функції, незважаючи на те що вони генетично ідентичні один одному.
Таким чином, всі органи і тканини організму, які утворюють нерви, кістки, м'язи, сухожилля, кров, - всі вони виникли з однієї зіготи, що з'явилася завдяки злиттю двох одиночних гамет.
Перевага багатоклітинних
Є кілька основних переваг підцарства багатоклітинних організмів, завдяки яким вони домінують на нашій планеті.
Оскільки складна внутрішня будова дозволяє збільшити розмір, вона також допомагає розвивати структури і тканини більш високого порядку з численними функціями.
Великі організми мають кращий захист від хижаків. Вони також мають більшу мобільність, що дозволяє їм мігрувати в більш сприятливі для проживання місця.
Є ще одна незаперечна перевага підцарства багатоклітинних. Загальна характеристика всіх його видів - це досить довга тривалість життя. Тіло клітини піддається впливу навколишнього середовища з усіх боків, і будь-яке її пошкодження може призвести до загибелі індивідуума. Багатоклітинний організм буде продовжувати існувати, навіть якщо одна клітина загине або буде пошкоджена. Дублювання ДНК також є перевагою. Ділення частинок всередині організму дозволяє швидше рости і відновлюватися пошкодженим тканинам.
Під час свого поділу нова клітина копіює колишню, що дозволяє зберегти сприятливі риси в наступних поколіннях, а також з часом їх удосконалити. Іншими словами, дублювання дозволяє зберегти і адаптувати риси, які поліпшать виживання або придатність організму, особливо в царстві тварин, підцарстві багатоклітинних.
Недоліки багатоклітинних
У складних організмів є і недоліки. Наприклад, вони схильні до різних захворювань, що виникають через комплексний біологічний склад і функції. У найпростіших, навпаки, не вистачає розвинених систем органів. Це означає, що ризики небезпечних хвороб у них зведені до мінімуму.
Важливо зазначити, що на відміну від багатоклітинних, примітивні особини мають здатність до безполого розмноження. Це допомагає їм не витрачати ресурси та енергію на пошуки партнера і сексуальну діяльність.
Найпростіші організми також мають здатність приймати енергію шляхом дифузії або осмосу. Це звільняє їх від необхідності пересування для пошуку їжі. Практично все може стати потенційним джерелом їжі для одноклітинної істоти.
Хребтові та безхребетні
Всіх без винятку входять до підцарства багатоклітинних істот класифікація ділить на два види: хребетних (хордових) і безхребетних.
У безхребетних немає твердого каркасу, в той час як хордові мають добре розвинений внутрішній скелет хряща, кістки і високорозвинений мозок, який захищений черепом. Хребетні мають чудово розвинені органи почуттів, дихальну систему з жабрами або легенями і розвинену нервову систему, що ще більше відрізняє їх від більш примітивних побратимів.
Обидва типи тварин живуть у різних місцях проживання, але хордові, завдяки розвиненій нервовій системі, можуть адаптуватися до суші, моря і повітря. Тим не менш, безхребетні також зустрічаються в широкому діапазоні, від лісів і пустель до печер і бруду морського дна.
На сьогоднішній день виявлено майже два мільйони видів підцарства багатоклітинних безхребетних тварин. Ці два мільйони становлять близько 98% від усіх живих істот, тобто 98 зі 100 видів організмів, що проживають у світі, - безхребетні. Людські особини ставляться до сімейства хордових.
Хребетні підрозділяються на риб, земноводних, рептилій, птахів і ссавців. Тварини, які не мають хребта, представляють такі типи, як членистоногі, голкошкірі, черв'яки, кишечнополісні і молюски.
Однією з найголовніших відмінностей між цими видами є їх розмір. Безхребетні, такі як комахи або кишечнополісні, малі і повільні, тому що не можуть розвинути велике тіло і сильні м'язи. Є кілька винятків, таких як кальмар, який може досягати 15 метрів в довжину. Хребетні мають універсальну систему підтримки, а тому можуть швидше розвиватися і ставати більшими, ніж безхребетні.
Хордові мають також високорозвинену нервову систему. За допомогою спеціалізованого зв'язку між нервовими волокнами, вони можуть реагувати дуже швидко на зміни в навколишньому середовищі, що дає їм безсумнівну перевагу.
У порівнянні з хребетними, більшість тварин, які не мають хребта, використовують просту нервову систему і поводяться майже повністю інстинктивно. Подібна система працює добре більшу частину часу, хоча ці істоти часто нездатні вчитися на своїх помилках. Винятками є восьминоги та їхні близькі родичі, які вважаються одними з найрозумніших тварин у світі безхребетних.
У всіх хордових, як нам відомо, є хребет. Однак особливістю у підцарства багатоклітинних безхребетних тварин є схожість з їх сородичами. Воно полягає в тому, що на певному етапі життя хребетні також мають гнучкий опорний стрижень, нотохорд, який згодом стає хребтом. Перше життя розвивалося у вигляді одиночних клітин у воді. Безхребетні були початковою ланкою еволюції інших організмів. Їх поступові зміни призвели до появи складних істот з добре розвиненим скелетом.
Кишечнополісні тварини
Сьогодні налічується близько одинадцяти тисяч видів кишечнополісних. Це одні з найдавніших складних тварин, що з'явилися на землі. Найменших з кишечнополісних неможливо побачити без мікроскопа, а найбільша відома медуза - 2,5 метра в діаметрі.
Отже, давайте детальніше познайомимося з підцарством багатоклітинних, типом кишечнополісні. Опис основних характеристик місць проживання можна визначити наявністю водного або морського середовища. Вони живуть поодиноко або в колоніях, які можуть вільно пересуватися або жити на одному місці.
Форма тіла кишечнополісних називається «мішком». Рот з'єднується зі сліпим мішком, який називається «гастроваскулярною порожниною». Цей мішок функціонує в процесі травлення, газообміну і діє як гідростатичний скелет. Єдиний отвір служить як ротом, так і заднім проходом. Щупальця - довгі, порожні структури, використовуються для переміщення і захоплення їжі. Усі кишечнополісні мають щупальця, вкриті присосками. Вони оснащені спеціальними клітинами - немоцистами, які можуть впорскувати токсини в свою жертву. Присоски також дозволяють захоплювати велику здобич, яку тварини поміщають у рот шляхом втягування щупалець. Нематоцисти відповідають за опіки, які деякі медузи завдають людям.
Тварини підцарства багатоклітинні, типу кишечнополісні володіють як внутрішньоклітинним, так і позаклітинним травленням. Дихання відбувається шляхом простої дифузії. У них є мережа нервів, які поширюються по всьому тілу.
Багато форм виявляють поліморфізм, тобто різноманітність генів, в якому різні типи істот присутні в колонії для різних функцій. Ці особини називаються зооїдами. Відтворення можна називати безладним (зовнішнє вшанування) або статевим (формування гамет).
Медузи, наприклад, виробляють яйцеклітини і сперматозоїди, а потім випускають їх у воду. Коли яйце запліднене, воно розвивається у вільно плаваючу личинку з ресничками, звану «планлою».
Типовими прикладами підцарства Багатоклітинні типу кишечнополісні є гідри, обелія, португальський кораблик, вітрильниця, медуза-аурелія, медуза-качан, актинії, корали, морське перо, горгонарії тощо.
Рослини
У підцарстві Багатоклітинні рослини - це еукаріотичні організми, здатні харчуватися в процесі фотосинтезу. Водорості спочатку вважалися рослинами, але тепер вони відносяться до протистоях - особливої групи, яка виключена з усіх відомих видів. Сучасне визначення рослин відноситься до організмів, які живуть в основному на суші (а іноді і у воді).
Іншою особливістю рослин є зелений пігмент - хлорофіл. Він використовується для поглинання сонячної енергії в процесі фотосинтезу.
У кожної рослини є гаплоїдні та диплоїдні фази, які характеризують його життєвий цикл. Він називається чергуванням поколінь, тому що всі фази в ньому є багатоклітинними.
Покоління, що чергуються, - це покоління спорофітів і покоління гаметофітів. У фазі гаметофіту формуються гамети. Гаплоїдні гамети зливаються в зиготу, звану диплоїдною кліткою, оскільки у неї є повний набір хромосом. Звідти виростають диплоїдні особини покоління спорофітів.
Спорофіти проходять фазу мейозу (ділення) і утворюють гаплоїдні суперечки.
Отже, підцарство багатоклітинних коротко можна описати як основну групу живих істот, які населяють Землю. До них належать всі, хто має ряд клітин, різних за своєю структурою і функціями і об'єднаних в єдиний організм. Найпростіші з багатоклітинних - це кишечнополісні, а найскладнішою і розвиненою твариною на планеті є людина.
