Подцарство многоклеточные строение

Грань между одноклеточными и многоклеточными

Не существует чёткой грани между одноклеточными и многоклеточными организмами. Многие одноклеточные обладают средствами для создания многоклеточных колоний, в то же время отдельные клетки некоторых многоклеточных организмов обладают способностью к самостоятельному существованию.

Губки

Губки — наиболее простые из многоклеточных существ. Значительную часть тела губки составляют опорные структуры на основе силикатов или карбоната кальция, переплетённые волокнами коллагена.

В начале XX века Генри ван Питерс Уилсон поставил классический эксперимент, во время которого он простирал тело губки через мелкое сито, разделяя его на отдельные клетки. Помещённые в стеклянную чашки и предоставленные самим себе эти амёбовидные клетки начинали группироваться в бесформенные комки красноватого цвета, которые затем обретали структуру и превращались в организм губки. Восстановление организма губки происходило и в том случае, если чашку помещалась только часть из первоначального количества клеток.

Хоанофлагелляты

Хоанофлагелляты — одноклеточные организмы, напоминающие по форме бокалы со жгутиками в середине. По своей анатомии они настолько сходны с клетками внутренней поверхности губок, что некоторое время их считали выродившимися губками, утратившими остальные типы клеток. Ошибочность этого взгляда установлена только после расшифровки геномов обоих организмов. У хоанофлагеллят имеются элементы молекулярных каскадов, обеспечивающие у многоклеточных взаимодействие между клетками, а также несколько типов молекулярных заклёпок и белки, подобные коллагену и протеогликану.

Подробное изучение хоанофлагеллят предприняла Николь Кинг из Калифорнийского университета в Беркли.

Бактерии

У многих бактерий, например, стрептококков, обнаружены белки, сходные с коллагеном и протеогликаном, однако не образующие канаты и пласты, как у животных. В стенках бактерий обнаружены сахара, входящие в состав протеогликанового комплекса, образующего хрящи.

Представители многоклеточных

Это эукариоты или организмы, клетки которых содержат ядро, в котором расположен геном. Из клеток сформированы ткани, каждая из которых выполняет свою роль в организме.

Царство Растения

Отличают следующие черты:

• клеточная стенка образована целлюлозой;
• образ жизни  — прикрепленный к конкретному месту;
• запасным веществом служит крахмал.

Относятся к автотрофам и продуцентам, образуя органические вещества за счет света. Среди растений встречаются гетеротрофы-паразиты. Характерен симбиоз с другими организмами. Размножение – половое и бесполое.

Царство Животные

Образовано гетеротрофами и консументами, которые питаются органическими веществами и делятся на хищников, растительноядных, всеядных и паразитов.

Царство отличают признаки:

• размножаются половым путем, при котором мужские и женские особи обладают своими чертами (размер, форма);
• при развитии эмбриона развиваются стадии бластулы и гаструлы;
• запасное питательное вещество – гликоген;
• нет клеточной стенки.

Царство Грибы

Это Царство не случайно относят к промежуточной форме между животными и растениями, поскольку у грибов есть удивительные особенности:

• геном построен по типу прокариот;
• вегетативное тело образовано мицелием;
• характерен прикрепленный образ жизни;
• размножение половое и бесполое – с помощью спор;
• клеточная стенка построена из хитина;
• запасным веществом является гликоген.

Грибы относят к гетеротрофам, которые питаются за счет мицелия растворенными в почве минеральными веществами. Вступают в различные экологические взаимоотношения – мутуализм, паразитизм, микориза.

Происхождение

Наиболее древними многоклеточными, известными в настоящее время, являются представители Франсвильской биоты — червеобразные организмы длиной до 12 см, обнаруженные в 2010 году в отложениях формации Francevillian B в Габоне. Их возраст оценивается в 2,1 млрд лет.
Возраст около 1,9 млрд лет имеют организмы Grypania spiralis, предположительно эукариотические водоросли длиной до 10 мм, обнаруженные в отложениях железистой формации Негауни в шахте Эмпайр (англ.)русск. недалеко от города Маркетт (англ.)русск., штат Мичиган.

В целом же многоклеточность возникала в разных эволюционных линиях органического мира несколько десятков раз. По не вполне понятным причинам многоклеточность более характерна для эукариот, хотя среди прокариот тоже встречаются зачатки многоклеточности. Так, у некоторых нитчатых цианобактерий в нитях встречаются три типа четко дифференцированных клеток, а при движении нити демонстрируют высокий уровень целостности. Многоклеточные плодовые тела характерны для миксобактерий.

По современным данным основные предпосылки для появление многоклеточности, а именно:

• белки-заполнители межклеточного пространства, разновидности коллагена и протеогликана;
• «молекулярный клей» или «молекулярные заклёпки» для соединения клеток;
• сигнальные вещества для обеспечения взаимодействия между клетками и т.д

возникли задолго до появления многоклеточности, но выполняли у одноклеточных другие функции. «Молекулярные заклёпки» предположительно применялись одноклеточными хищниками для захвата и удержания жертвы, а сигнальные вещества — для привлечения потенциальных жертв и отпугивания хищников.

Причиной появления многоклеточных организмов считают эволюционную целесообразность укрупнения размеров особей, которая позволяет более успешно противостоять хищникам, а также поглощать и переваривать более крупную жертву. Однако условия для массового появления многоклеточных появились только в Эдиакарском периоде, когда уровень кислорода в атмосфере достиг величины, позволяющей покрывать увеличивающиеся энергетические расходы на поддержание многоклеточности.

Эволюция

Основная статья: Хронология эволюции

Шестьсот миллионов лет назад, в позднем докембрии (венде), начался расцвет многоклеточных организмов. Удивляет разнообразие вендской фауны: разные типы и классы животных появляются как бы вдруг, но число родов и видов небольшое. В венде возник биосферный механизм взаимосвязи одноклеточных и многоклеточных организмов — первые стали продуктом питания для вторых. Обильный в холодных водах планктон, использующий световую энергию, стал пищей для плавающих и донных микроорганизмов, а также для многоклеточных животных. Постепенное потепление и рост содержания кислорода привели к тому, что эукариоты, включая многоклеточных животных, стали заселять и карбонатный пояс планеты, вытесняя цианобактерии. Начало палеозойской эры принесло две загадки: исчезновение вендской фауны и «кембрийский взрыв» — появление скелетных форм.

Эволюция жизни в фанерозое (последние 545 млн лет земной истории) — процесс усложнения организации многоклеточных форм в растительном и животном мире.

Многокле­точные

Тело многокле­точных организмов состоит из множества разно­образных клеток. В отличие от одноклеточных организмов, клетка многоклеточного организма не может существовать самостоятельно, без связи с другими клетками. Размеры многоклеточного организма достигают от 0,04 мм (коловратки) до 160 м (секвойя). Индивидуальное развитие многоклеточного организма обычно начинается с одной оплодотворенной яйцеклетки. Она многократно делится, но после деления клетки не расходятся. Сходные по строению и функциям они образуют ткани, обеспечивающие жизнь многоклеточного организма. Тело большинства многоклеточных организмов состоит из органов. Например: растение имеет корень, стебель, листок и т. д., а тело человека или животного – легкие, сердце, желудок и другие органы. Многоклеточные организмы возникли около 700 млн лет назад. Русский биолог И.И. Мечников изучал многоклеточные организмы и создал теорию их происхождения.

И.И. Меч­ников

Дополнительная информация

Насекомые – самая большая группа среди всех животных. Их более 1 млн видов. Наиболее разнообразен мир насекомых в тропиках. Самая разнообразная группа насекомых – жуки. Их характерный признак – наличие жестких и прочных передних крыльев, называемых надкрыльями. Они прикрывают верхнюю сторону брюшка и задние перепончатые крылья, при помощи которых жуки летают.

Царство животных: общая характеристика

Наука о животном мире называется зоологией. Она рассматривает не только строение и развитие живых существ, но и особенности поведения, способы размножения и расселения. Важны происхождение и эволюционные процессы, в результате которых происходили изменения каждого вида на протяжении тысячелетий.

Животный мир — это царство гетеротрофных эукариот. Признаки животного царства многочисленны. Наиболее значимые признаки отражены на схеме.

Признаки царства животных:

1. гетеротрофный тип питания (не способны самостоятельно производить органическое вещество);
2. развитие опорно-двигательной системы;
3. способность к передвижению и  жизни в определенной экологической нише;
4. ограниченный видовыми возможностями рост.

К этому перечню стоит добавить особенности животного царства:

• наличие наружного или внутреннего скелета (опорно-двигательный аппарат);
• слабая способность к регенерации;
• возможность жизни в разных средах обитания;
• перемещения и миграции, «захват» новых территорий;
• проявление поведенческих реакций.

Зоология делится на 2 больших раздела: зоологию позвоночных и зоологию беспозвоночных. Понятие «беспозвоночные» ввел в биологию Ж.Б.Ламарк. К ним относятся все биосферные живые организмы за исключением типа Хордовых.

Для животных характерны следующие жизненные функции:

1. Обменные процессы включают поступление веществ в организм, распад, синтез новых клеточных структур и веществ, выведение ненужных продуктов распада.
2. Постоянное или периодическое поступление необходимых для жизни элементов питания. Большинство организмов нуждается в белках, жирах, углеводах, витаминно-минеральных комплексах.
3. Для окисления веществ, в процессе метаболизма, необходим кислород (редко – другие элементы). Без кислородного дыхания процессы жизнедеятельности останавливаются и организм гибнет.
4.  Выведение продуктов распада: мочевины, солей, отработанных в ходе метаболизма соединений.
5. Воспроизведения себе подобных. Животные размножаются бесполым и половым путем.
6. Увеличение в течение жизни массы, объема, общих размеров тела до конкретных пределов, связанных с видовой принадлежностью.
7. Связь роста с процессами дифференцировки в результате развития, которое происходит по прямому и непрямому пути (полное или неполное превращение).
8. Способность реагировать на изменения внешней среды общим состоянием или раздражимость.

Животные представляют часть биосферы. Включены в общий круговорот в природе, входят в пищевую цепочку и создают экосистемы. Освоили существующие в природе экологические ниши, поэтому встречаются на суше, в воде и воздухе.

Царство животных выглядит следующим образом:

Важно: Среди животного мира оформленный внутренний скелет характерен только для хордовых. Благодаря классификации видны изменения в развитии (прогресс или регресс), который происходил в результате эволюционных процессов

Тысячелетиями животные приспосабливались к условиям окружающей среды, совершенствовались или деградировали, чтобы выжить.

Эволюционные эксперименты

Дрожжи

В экспериментах по эволюции многоклеточности, они были сделаны в 1902 году проведённых в 2012 году исследователями Университета Миннесоты под руководством Уильяма Рэтклиффа и Майкла Трависано, в качестве модельного объекта служили пекарские дрожжи. Эти одноклеточные грибы размножаются почкованием; по достижении материнской клеткой определённых размеров, от неё отделяется более мелкая дочерняя клетка и становится самостоятельным организмом. Дочерние клетки могут также слипаться друг с другом, образуя кластеры. Исследователи проводили искусственный отбор клеток, входящих в наиболее крупные кластеры. Критерием отбора была скорость оседания кластеров на дно резервуара. Прошедшие фильтр отбора кластеры вновь культивировались, и среди снова отбирались наиболее крупные.

Со временем дрожжевые кластеры начинали вести себя как единые организмы: после ювенильной стадии, когда происходил рост клеток, следовала стадия размножения, в процессе которой кластер делился на большую и малую части. При этом клетки, находившиеся на границе, погибали, позволяя разойтись родительскому и дочернему кластерам.

Эксперимент занял 60 дней. В итоге получились индивидуальные скопления дрожжевых клеток, которые жили и умирали как единый организм.

Сами исследователи не считают эксперимент чистым, так как дрожжи в прошлом имели многоклеточных предков, от которых могли унаследовать некоторые механизмы многоклеточности.

Водоросли Chlamydomonas reinhardtii

В 2013 году группа исследователей Университета Миннесоты под руководством Уильяма Рэтклиффа, ранее известная эволюционными экспериментами с дрожжами, провела аналогичные опыты с одноклеточными водорослями Chlamydomonas reinhardtii. 10 культур этих организмов культивировали в течение 50 поколений, время от времени центрифугируя их и отбирая наиболее крупные кластеры. Через 50 поколений в одной из культур развились многоклеточные скопления с синхронизацией жизненных циклов отдельных клеток. Оставаясь вместе в течение нескольких часов, кластеры затем расходились на отдельные клетки, которые, оставаясь внутри общей слизистой оболочки, начинали делиться и образовывать новые кластеры.

В отличие от дрожжей, хламидомонады никогда не имели многоклеточных предков и не могли унаследовать от них механизмы многоклеточности, тем не менее, в результате искусственного отбора в течение нескольких десятков поколений, примитивная многоклеточность появляется и у них. Однако в отличие от дрожжевых кластеров, которые в процессе почкования оставались единым организмом, кластеры хламидомонад при размножении разделяются на отдельные клетки. Это свидетельствует о том, что механизмы многоклеточности могли возникать независимо в различных группах одноклеточных и варьировать от случая к случаю.

Теории возникновения

На сегодняшний день существуют три основных теории возникновения подцарства многоклеточных. Краткое содержание синцитиальной теории, чтобы не углубляться в подробности, можно описать в нескольких словах. Суть ее состоит в том, что примитивный организм, который имел в своих клетках несколько ядер, мог со временем разделить внутренней мембраной каждое из них. Например, несколько ядер содержит грибок плесени, а также инфузория-туфелька, чем подтверждают эту теорию. Однако наличия нескольких ядер недостаточно для науки. Чтобы подтвердить теорию их множественности, необходимо наглядное превращение в хорошо развитое животное простейшего эукариота.

Теория колоний говорит, что симбиоз, состоящий из разных организмов одного вида, привел к их изменению и появлению более совершенных существ. Геккель — первый ученый, кто представил эту теорию в 1874 году. Сложность организации возникает потому, что клетки остаются вместе, а не разъединяются в процессе деления. Примеры этой теории можно увидеть у таких простейших многоклеточных, как зеленые водоросли, которые называются эвдорина или вольвакса. Они образуют колонии, которые насчитывает до 50000 клеток в зависимости от вида.

Теория колоний предлагает слияние различных организмов одного вида. Преимущество этой теории заключается в том, что было замечено, как во время нехватки продовольствия амебы группируются в колонию, которая передвигается словно единое целое, в новое место. Какие-то из этих амеб немного отличаются друг от друга.

Теория симбиоза предполагает, что первое существо из подцарства многоклеточных появилось благодаря содружеству непохожих примитивных существ, которые выполняли разные задачи. Такие отношения, например, присутствуют между рыбой-клоуном и морским анемоном или у лиан, паразитирующих на деревьях в джунглях.

Однако проблема этой теории заключается в том, что неизвестно, как ДНК разных особей могут быть включены в единый геном.

Например, митохондрии и хлоропласты могут быть эндосимбионтами (организмами в организме). Это случается крайне редко, и даже тогда геномы эндосимбионтов сохраняют между собой различия. Они отдельно синхронизируют свою ДНК во время митоза видов хозяев.

Два или три симбиотических индивидуума, образующих лишайник, хотя и зависят друг от друга ради выживания, но должны отдельно размножаться, а затем повторно соединяться, снова создавая единый организм.

Другие теории, которые также рассматривают возникновение подцарства многоклеточных:

• Теория GK-PID. Около 800 миллионов лет назад незначительное генетическое изменение в одной молекуле под названием GK-PID, возможно, позволило особям перейти от одной клетки к более сложной структуре строения.
• Роль вирусов. Недавно было признано, что гены, позаимствованные у вирусов, играют решающую роль в делении тканей, органов и даже при половом размножении, при слиянии яйцеклетки и сперматозоида. Был найден первый белок syncytin-1, который передался от вируса к человеку. Он находится в межклеточных мембранах, которые разделяют плаценту и мозг. Второй белок был выявлен в 2007 году и назван EFF1. Он помогает формировать кожу круглых червей нематод и является частью целого семейства белков FF. Доктор Феликс Рей в Институте Пастера в Париже построил 3D-макет структуры EFF1 и показал, что это он связывает частицы вместе. Этот опыт подтверждает тот факт, что все известные слияния мельчайших частиц в молекулы имеют вирусное происхождение. Это также говорит о том, что вирусы были жизненно важны для коммуникации внутренних структур, и без них было бы невозможным появления колонии подцарства многоклеточных типа губок.

Все эти теории, как и многие другие, которые продолжают предлагать известные ученые, очень интересны. Однако ни одна из них не может четко и однозначно ответить на вопрос: как из единственной клетки, которая зародилась на Земле, могло появиться такое огромное разнообразие видов? Или: почему одиночные особи решили объединиться и стали существовать вместе?

Может, пройдет несколько лет, и новые открытия смогут нам дать ответы на каждый из этих вопросов.

Значение членистоногих

Благодаря численности и разносторонней роли в биоценозах членистоногие играют не последнюю роль в природе. Они выполняют многочисленные функции, без которых обойтись сложно, а в ряде случаев – невозможно. Они нужны в качестве

• звена в питательной цепочке;
• в процессах круговорота веществ;
• очистителей водной среды;
• в формировании почвы;
• получении продуктов питания;
• сырья для создания шелка.

В то же время, среди членистоногих распространены многочисленные вредители с/х культур, есть возбудители опасных заболеваний. Членистоногие способны переносить их, вызывая массовую гибель плантаций растений или популяций животных.

Несмотря на обилие и разнообразие животного мира беспозвоночных, они требуют бережного к себе отношения. Ни к чему, без причины, уничтожать живых существ, не способных причинить человеку вред. Бездумное отношение к животному миру приводит к сокращению численности некоторых популяций, внесение отдельных экземпляров в Красную книгу или полное их уничтожение. Наши потомки уже не увидят того многообразие живых форм, которое мы способны лицезреть в наши дни.

Отличия от колониальности

Следует отличать многоклеточность и колониальность. У колониальных организмов отсутствуют настоящие дифференцированные клетки, а следовательно, и разделение тела на ткани. Граница между многоклеточностью и колониальностью нечёткая. Например, вольвокс часто относят к колониальным организмам, хотя в его «колониях» есть чёткое деление клеток на генеративные и соматические. Выделение смертной «сомы» А. А. Захваткин считал важным признаком многоклеточности вольвокса. Кроме дифференцировки клеток, для многоклеточных характерен и более высокий уровень интеграции, чем для колониальных форм. Однако некоторые ученые считают многоклеточность более развитой формой колониальности[источник не указан 1910 дней].

Размножение

В то время как все без исключения простейшие организмы размножаются бесполым путем, многие из подцарства многоклеточных предпочитают половое размножение. Люди, например, являются сложнейшей структурой, созданной путем слияния двух одиночных клеток, называемых яйцеклеткой и сперматозоидом. Слияние одной яйцеклетки с гаметой (гаметы – это специальные половые клетки, содержащие один набор хромосом) сперматозоида приводит к образованию зиготы.

Зигота содержит генетический материал как спермы, так и яйцеклетки. Деление ее приводит к развитию абсолютно нового, отдельного организма. Во время развития и деления клетки, согласно заложенной в генах программе, начинают дифференцироваться по группам. Это в дальнейшем позволит им выполнять совершенно разные функции, несмотря на то что они генетически идентичны друг другу.

Таким образом, все органы и ткани организма, которые образуют нервы, кости, мышцы, сухожилия, кровь, — все они возникли из одной зиготы, появившейся благодаря слиянию двух одиночных гамет.

Растения

В подцарстве Многоклеточные растения – это эукариотические организмы, способные питаться в процессе фотосинтеза. Водоросли изначально считались растениями, но теперь они относятся к протистам — особой группе, которая исключена из всех известных видов. Современное определение растений относится к организмам, которые живут в основном на суше (а иногда и в воде).

Другой отличительной особенностью растений является зеленый пигмент — хлорофилл. Он используется для поглощения солнечной энергии в процессе фотосинтеза.

У каждого растения есть гаплоидные и диплоидные фазы, которые характеризуют его жизненный цикл. Он называется чередованием поколений, потому что все фазы в нем являются многоклеточными.

Чередующиеся поколения — это поколение спорофитов и поколение гаметофитов. В фазе гаметофита формируются гаметы. Гаплоидные гаметы сливаются в зиготу, называемую диплоидной клеткой, так как у нее есть полный набор хромосом. Оттуда вырастают диплоидные особи поколения спорофитов.

Спорофиты проходят фазу мейоза (деления) и образуют гаплоидные споры.

Итак, подцарство многоклеточных кратко можно описать как основную группу живых существ, которые населяют Землю. К ним относятся все, кто имеет ряд клеток, различных по своей структуре и функциям и объединенных в единый организм. Простейшие из многоклеточных — это кишечнополостные, а самым сложным и развитым животным на планете является человек.

Преимущество многоклеточных

Есть несколько основных преимуществ подцарства многоклеточных организмов, благодаря которым они доминируют на нашей планете.

Поскольку сложное внутреннее строение позволяет увеличить размер, оно также помогает развивать структуры и ткани более высокого порядка с многочисленными функциями.

Крупные организмы имеют лучшую защиту от хищников. Они также обладают большей мобильностью, что позволяет им мигрировать в более благоприятные для проживания места.

Есть еще одно неоспоримое преимущество подцарства многоклеточных. Общая характеристика всех его видов — это достаточно долгая продолжительность жизни. Тело клетки подвергается воздействию окружающей среды со всех сторон, и любое ее повреждение может привести к гибели индивидуума. Многоклеточный организм будет продолжать существовать, даже если одна клетка погибнет или будет повреждена. Дублирование ДНК также является преимуществом. Деление частиц внутри организма позволяет быстрее расти и восстанавливаться поврежденным тканям.

Во время своего деления новая клетка копирует прежнюю, что позволяет сохранить благоприятные черты в следующих поколениях, а также со временем их усовершенствовать. Другими словами, дублирование позволяет сохранить и адаптировать черты, которые улучшат выживание или пригодность организма, особенно в царстве животных, подцарстве многоклеточных.