sobota, 4 lipca 2015

Powstanie wielokomórkowców

Zastanawialiście się kiedyś jak powstały organizmy wielokomórkowe? Jakie są najstarsze znane nam wielokomórkowce i z jakiego okresu pochodzą, jak wyglądały? Czy rośliny i zwierzęta ewoluowały z niezależnych grup wielokomórkowców? 

wielokomórkowce
(źródło: Wikipedia)

Świat ożywiony dzielimy podstawowo na prokarionty i eukarionty, gdzie te pierwsze są organizmami bezjądrowymi, te drugie posiadają jądra komórkowe. Organizmy żywe dzielimy także na wielokomórkowe i jednokomórkowe. Najprostszym poznanym współczesnym organizmem wielokomórkowym jest płaskowiec Trichoplax adherens. Upraszczając, jest to zlepek komórek połączonych w swego rodzaju organizm o bardzo prymitywnej budowie i fizjologii. Niektórzy sądzą, że może on być najwcześniejszym wielokomórkowcem, inni że jest spokrewniony z gąbkami (które również należą do jednych z najbardziej prymitywnych zwierząt) bądź też, z uwagi na obecność mezoglei (jamy wypełnionej płynem) – z parzydełkowcami.

płaskowce
(źródło: Wikipedia)

Najstarsze pozostałości po wielokomórkowcach pochodzą sprzed około 640 milionów lat, z okresu edikariańskiego. Odnajdowano kopalne, prymitywne wielokomórkowce, nieregularne, pełzające, mające zwykle do 1-3 mm, takie jak Aspidella, Dickinsonia czy Charnia, które przypominały wspomnianego wyżej płaskowca, a które mogły być też początkiem dla parzydełkowców. Pytanie jednak jest o to, co było przed powstaniem wielokomórkowców, a po powstaniu jednokomórkowców. Jakie były formy pośrednie i jaki był ich początek?

kopalny wielokomórkowiec
(źródło: Wikipedia)

kolonia glonów
Wikipedia
To jak powstawały pierwsze wielokomórkowce pozostaje nie do końca wyjaśnione. Istnieją różne hipotezy na ten temat. Jedną z nich jest hipoteza cellularyzacji, mówiąca o tym, że organizmy jednokomórkowe tworzyły wielojądrowe komórczaki i odgradzając poszczególne miejsca organizmu, specjalizowały się w konkretne tkanki.  Dominująca wśród naukowców hipoteza mówi co innego. Najczęściej zakłada się, że wielokomórkowce powstały poprzez tworzenie kolonii z jednokomórkowców, które specjalizując się w ramach kolonii traciły z czasem swoją autonomię. Jest to hipoteza integracji.

Przykładowo można się przyjrzeć funkcjonowaniu współczesnego glona o nazwie toczek. Jest to organizm jednokomórkowy, jednak tworzy wielokomórkowe kolonie, które wraz z tworzeniem struktury wielokomórkowej różnicują się na strefę wegetatywną – od zewnątrz i generatywną – wewnątrz. Poszczególne osobniki kolonii specjalizują się więc w danym kierunku w celu usprawnienia funkcjonalności i żywotności.

toczek
(źródło: Wikipedia)

Teoria Ernsta Haeckla mówiąca, że embriogeneza rekapituluje filogenezę w rozumieniu ścisłym jest uważana za niewłaściwą i obecnie o znaczeniu historycznym. Wiadomo natomiast, że faktycznie w trakcie rozwoju, począwszy od stadium zygoty aż do narodzin, początkowo zyskujemy cechy ogólne dla wyższych jednostek systematycznych do których należymy (jak np. rozwój struny grzbietowej), a wraz z biegiem embriogenezy, ontogenezy zyskujemy cechy gatunkowe, aż do osobniczych.

embriogeneza
(źródło: Wikipedia)

ewolucja wielokomórkowców
źródło własne
Jak powyższe odnosi się do kwestii pochodzenia wielokomórkowców? Należy przyjrzeć się pierwszym etapom rozwoju nowego osobnika, czyli procesowi bruzdkowania i gastrulacji, gdzie początkowo totipotencjalne komórki (mogące różnicować się we wszystkie inne komórki) zaczynają różnicować się w morulę, a następnie gastrulę z dalej postępującą charakteryzacją komórek, czemu towarzyszy utrata totipotencji, a następnie pluripotencji (zdolności do różnicowania się we wszystkie komórki poza komórkami trofoblastu, z którego powstaje łożysko), gdzie analogicznie do hipotezy integracji, utracona zostaje autonomia poszczególnych komórek. Hipotetyczny pra-wielokomórkowiec powstawał więc być może analogicznie do gastruli.

Powstawanie wyżej uorganizowanych struktur z odrębnych osobników jest czymś nauce znanym. Najlepszym tego przykładem jest teoria endosymbiozy mówiąca o tym, że mitochondria oraz chloroplasty (u roślin) były pierwotnie osobnymi mikroorganizmami, które zostały wchłonięte przez prakomórkę, czego dowodem jest m.in. autonomiczne DNA mitochondriów oraz chloroplastów, niezależne od DNA jądrowego. Wiemy też o powstawaniu nowych sekwencji w genomie w wyniku włączenia się do niego retrowirusów, tworzących retranspozony czy o horyzontalnym transferze genów, gdzie następuje przechodzenie genów między osobnikami (u kręgowców zwykle poprzez wirusy).

teoria endosymbiozy
(źródło: Wikipedia)

Stosując się do dotychczasowych badań, obserwacji, analogii oraz logicznie teoretyzując, można wysnuć wniosek, że powstanie wielokomórkowców, jako jeden z ważnych momentów ewolucji życia na Ziemi, nastąpiło prawdopodobnie dzięki grupowaniu się jednokomórkowców, które następnie ulegały specjalizacji cytologiczno-histologicznej (co ważne, wielokomórkowce, od których pochodzą rośliny wyewoluowały najpewniej niezależnie od tych, które były przodkami zwierząt), traciły autonomię i tworząc w końcu zwierzęta i rośliny zdominowały różne nisze ekologiczne, pozwalając także na powstanie dominującego ewolucyjnie człowieka.

20 komentarzy:

  1. Bardzo ciekawy, ale niezwykle trudny post :)
    Moja nauczycielka biologii zawsze podkreślała, jak ważne było w trakcie ewolucji pozyskiwanie cech aromorfotycznych przez kolejne organizmy. Jako jeden z najważniejszych przykładów (i łatwo zapamiętywalnych) wspominała o odbycie u ... obleńców bodajże? ;)

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Łał, przyznam, że słowa ''aromorfotyczny'' nie znałem :-D. Wiem co to są cechy kluczowe ewolucyjnie, ale samo słówko było mi wcześniej obce. Dzięki :-P.

      Usuń
  2. Szczerze mówiąc, nigdy nie przepadałam za biologią, ale cieszę się, że spotkałam Twojego bloga. Dzięki niemu dowiem się czegokolwiek na temat tej nauki, ponieważ piszesz w bardzo ciekawy sposób. :)
    Niestety było w nim użyte wiele ciężkich do zrozumienia słów, (rozumiem, że inaczej materiału nie można było wyłożyć, w końcu to nauki ścisłe) jednak i tak po skupieniu się można było załapać w miarę o co chodzi. :)

    OdpowiedzUsuń
  3. Bardzo interesujący post.
    Czyli krótko mówiąc ,do przyspieszenia tempa ewolucji organizmów jednokomórkowych przyczyniło się uzyskanie zdolności do rozmnażania płciowego,a z kolei łączenie się w kolonie umożliwiło powstanie organizmów wielokomórkowych.

    OdpowiedzUsuń
  4. O matko, wróciło wspomnienie szkoły średniej, bo to wtedy miałam ostatnio biologię i to na niezbyt wyskim poziomie, aczkolwiek lubiłam ten przedmiot i nawet maturę z niego pisałam, żeby matematyki uniknąć.

    OdpowiedzUsuń
  5. Ciekawy ale dość trudny wpis....jak na tę porę dnia ;) zrobię sobie mocną kawę i przeczytam ponownie....

    OdpowiedzUsuń
  6. Łukaszu, poczułam się tak, jak kilkadziesiąt lat temu na lekcji biologii.
    Pozdrawiam.

    OdpowiedzUsuń
  7. No powiem, że trudny temat, szczególnie dla osób, które biologią się nie zajmują :) Najbardziej zainteresował mnie rozwój różnych żyjątek, co jest przedstawiony na rysunku. Jestem wzrokowcem, dlatego lubię mieć wszystko zobrazowane w rysunkach :)

    OdpowiedzUsuń
  8. hahaha... nigdy, ale o dziwo jak to czytam czuję jakbym miała deja vu! :D Jednak tyle lat nauki biologii nie poszło na marne ;)

    OdpowiedzUsuń
  9. Powrót do biologi :D Post ciekawy, świetnie, że takimi wpisami zmuszasz do myślenia. Wcześniej większość czytelników pewnie nawet się nie zastanawiała jak powstały wielokomórkowce :)

    OdpowiedzUsuń
  10. No to pogratulować, udało mi się dzięki Tobie cofnąć w czasie i znów poczuć jak na biologi w liceum:)
    Temat ciężki, sporo trudnych słów, których uczyłam się na pamięć ale nadal lubię takie teksty/artykuły czytać, są niezmiernie ciekawe:)

    OdpowiedzUsuń
  11. Ja w ogóle się na takich rzeczach nie znam...

    OdpowiedzUsuń
  12. Wspaniała lekcja. Pozdrawiam :)

    OdpowiedzUsuń
  13. Od zawsze fascynowały mnie początki świata, zawsze z chęcią poczytam na ten temat, świetnie, że opisujesz to tak przejrzyście:)

    OdpowiedzUsuń
  14. Przypomina mi się biologia w szkole i przygotowania do matury... kiedy to było ;)

    OdpowiedzUsuń
  15. Odniosę się do Twojego komentarza u mnie. Ile nerwów straciłam na walce z homofobami... Nie jestem lesbijką, ba, nie kojarzę, żeby ktoś z moich znajomych był homoseksualistą, ale wkurza mnie to, że Polacy pchają się tam, gdzie nie trzeba. Miłość to miłość. I jeżeli ktokolwiek jest tu chory, to właśnie ci, którzy chcą tak bardzo innym układać życie. I też smieszy mnie to, że mówią o homolobby. Bo jakoś ja go nie zauważyłam.

    OdpowiedzUsuń
  16. Ciekawy i trudny temat, u Ciebie jak zawsze został opisany w bardzo przystępny sposób. Żeby biologice w szkole miały taki talent to i ile przyjemniej by było na lekcjach :D

    OdpowiedzUsuń
  17. czyli wielokomórkowce wzięły się, że współpracy jednokomórkowców, zawsze zastanawiałem się jaki był tego początek

    OdpowiedzUsuń
  18. Od razu przypomniały mi się lekcje biologii, którą co prawda zawsze lubiłam, ale niektóre tematy były dość skomplikowane - tak jak ten poruszony dziś przez Ciebie ;)

    OdpowiedzUsuń
  19. Niemniej jednak teoria wielojądrowych komórczaków, także jest ciekawa. Obecnie powszechnie przyjmowany pogląd czyli specjalizacja tkankowa w obrębie kolonii jednokomórkowców - ma "za sobą" głównie dane obserwacyjne współczesnych organizmów. Tymczasem dziś już nikt nie ma wątpliwości że biogeneza nie posiada zbyt wielu analogii pośród współcześnie obserwowanych przejawów życia, zatem i ten na analogii przecież oparty pogląd może być mylny.

    OdpowiedzUsuń