EERSTE MEERCELLIGE ORGANISMEN: OORSPRONG, KENMERKEN - BIOLOGIE - 2025

Volgens een van de meest geaccepteerde hypothesen begonnen de eerste meercellige organismen zich te groeperen in kolonies of in symbiotische relaties. Naarmate de tijd verstreek, begonnen de interacties tussen de leden van de kolonie coöperatief en gunstig voor iedereen te worden.

Geleidelijk onderging elke cel een specialisatieproces voor specifieke taken, waardoor de mate van afhankelijkheid van zijn metgezellen toenam. Dit fenomeen was cruciaal in de evolutie, waardoor het bestaan ​​van complexe wezens mogelijk werd, hun omvang toenam en verschillende orgaansystemen werd toegelaten.

Koloniale organismen, zoals Volvox, stellen ons in staat om hypothesen te formuleren over de mogelijke kenmerken van voorouderlijke meercellige organismen. Bron: Frank Fox

Meercellige organismen zijn organismen die uit verschillende cellen bestaan ​​- zoals dieren, planten, sommige schimmels, enz. Momenteel zijn er meerdere theorieën om de oorsprong van meercellige wezens te verklaren, uitgaande van eencellige levensvormen die later gegroepeerd zijn.

Waarom bestaan ​​er meercellige organismen?

De overgang van eencellige naar meercellige organismen is een van de meest opwindende en controversiële vragen onder biologen. Voordat we echter de mogelijke scenario's bespreken die aanleiding gaven tot multicellulariteit, moeten we ons afvragen waarom het nodig of nuttig is om een ​​organisme te zijn dat uit veel cellen bestaat.

Celgrootte en oppervlakte-volumeverhouding (S / V)

Een gemiddelde cel die deel uitmaakt van het lichaam van een plant of dier, meet tussen de 10 en 30 micrometer in diameter. Een organisme kan niet in omvang groeien door simpelweg de grootte van een enkele cel te vergroten, vanwege de beperking die wordt opgelegd door de verhouding tussen oppervlak en volume.

Verschillende gassen (zoals zuurstof en kooldioxide), ionen en andere organische moleculen moeten de cel binnenkomen en verlaten, waarbij ze het oppervlak kruisen dat wordt begrensd door een plasmamembraan.

Van daaruit moet het zich over het hele volume van de cel verspreiden. De relatie tussen oppervlakte en volume is dus lager in grote cellen, als we het vergelijken met dezelfde parameter in grotere cellen.

Een zeer grote cel heeft een beperkt uitwisselingsoppervlak

Als we deze redenering volgen, kunnen we tot de conclusie komen dat het uitwisselingsoppervlak evenredig afneemt met de toename van de celgrootte. Laten we als voorbeeld een kubus van 4 cm gebruiken, met een inhoud van 64 cm ³ en een oppervlakte van 96 cm ² . De verhouding is 1,5 / 1.

Als we daarentegen dezelfde kubus nemen en deze in 8 blokjes van twee centimeter verdelen, is de verhouding 3/1.

Om deze reden, als een organisme groter wordt, wat gunstig is in verschillende aspecten, zoals bij het zoeken naar voedsel, voortbeweging of ontsnappende roofdieren, verdient het de voorkeur om dit te doen door het aantal cellen te vergroten en zo een voldoende oppervlak voor de dieren te behouden. uitwisselingsprocessen.

Voordelen van een meercellig organisme zijn

De voordelen van een meercellig organisme te zijn gaan verder dan alleen de toename in grootte. Multicellulariteit maakte de toename van biologische complexiteit en de vorming van nieuwe structuren mogelijk.

Dit fenomeen maakte de evolutie mogelijk van zeer geavanceerde samenwerkingspaden en complementair gedrag tussen de biologische entiteiten waaruit het systeem bestaat.

Nadelen van een meercellig organisme zijn

Ondanks deze voordelen vinden we voorbeelden - zoals bij verschillende soorten schimmels - van het verlies van meercellige wezens, waarbij we terugkeren naar de voorouderlijke toestand van eencellige wezens.

Wanneer coöperatieve systemen tussen cellen in het lichaam falen, kunnen negatieve gevolgen het gevolg zijn. Het meest illustratieve voorbeeld is kanker. Er zijn echter meerdere wegen die in de meeste gevallen zorgen voor samenwerking.

Wat waren de eerste meercellige organismen?

Het begin van multicellulariteit is volgens sommige auteurs terug te voeren tot een zeer ver verleden, meer dan 1 miljard jaar geleden (bijv. Selden & Nudds, 2012).

Omdat overgangsvormen slecht bewaard zijn gebleven in het fossielenarchief, is er weinig bekend over hen en hun fysiologie, ecologie en evolutie, waardoor het construeren van een reconstructie van beginnende multicellulariteit moeilijk wordt.

In feite is het niet bekend of deze eerste fossielen dieren, planten, schimmels of een van deze geslachten waren. Fossielen worden gekenmerkt door platte organismen, met een hoog oppervlak / volume.

Evolutie van meercellige organismen

Aangezien meercellige organismen uit meerdere cellen bestaan, had de eerste stap in de evolutionaire ontwikkeling van deze aandoening het groeperen van cellen moeten zijn. Dit kan op verschillende manieren gebeuren:

Koloniale en symbiotische hypothese

Deze twee hypothesen stellen voor dat de oorspronkelijke voorouder van meercellige wezens kolonies of eencellige wezens waren die symbiotische relaties met elkaar tot stand brachten.

Het is nog niet bekend of het aggregaat is gevormd uit cellen met een verschillende genetische identiteit (zoals een biofilm of biofilm) of uit stam- en dochtercellen - genetisch identiek. De laatste optie is beter mogelijk, omdat genetische belangenconflicten worden vermeden in gerelateerde cellen.

De overgang van eencellige wezens naar meercellige organismen omvat verschillende stappen. De eerste is de geleidelijke taakverdeling binnen cellen die samenwerken. Sommige nemen somatische functies aan, terwijl andere de reproductieve elementen worden.

Zo wordt elke cel afhankelijker van zijn buren en krijgt hij specialisatie in een bepaalde taak. Selectie gaf de voorkeur aan organismen die zich in deze vroege kolonies verzamelden boven degenen die solitair bleven.

Tegenwoordig zoeken onderzoekers naar de mogelijke omstandigheden die hebben geleid tot de vorming van dergelijke clusters en de oorzaken die tot hun gunst hadden kunnen leiden - versus eencellige vormen. Er worden koloniale organismen gebruikt die doen denken aan hypothetische voorouderlijke kolonies.

Syncytium-hypothese

Een syncytium is een cel die meerdere kernen bevat. Deze hypothese suggereert de vorming van interne membranen in een voorouderlijk syncytium, waardoor de ontwikkeling van meerdere compartimenten binnen een enkele cel mogelijk is.

Herkomst van meercellige organismen

Huidig ​​bewijs wijst op het feit dat de meercellige aandoening onafhankelijk verscheen in meer dan 16 geslachten van eukaryoten, waaronder dieren, planten en schimmels.

De toepassing van nieuwe technologieën zoals genomica en het begrijpen van fylogenetische relaties heeft het mogelijk gemaakt te suggereren dat multicellulariteit een gemeenschappelijk traject volgde, te beginnen met de coöptatie van genen gerelateerd aan therapietrouw. Door het creëren van deze kanalen is communicatie tussen cellen mogelijk.

Referenties

1. Brunet, T., & King, N. (2017). De oorsprong van dierlijke multicellulariteit en celdifferentiatie. Ontwikkelingscel, 43 (2), 124-140.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biologie. Panamerican Medical Ed.
3. Knoll, AH (2011). De meervoudige oorsprong van complexe multicellulariteit. Jaaroverzicht van aard- en planeetwetenschappen, 39, 217-239.
4. Michod, RE, Viossat, Y., Solari, CA, Hurand, M., & Nedelcu, AM (2006). Evolutie van de levensgeschiedenis en de oorsprong van meercellulariteit. Journal of theoretische biologie, 239 (2), 257-272.
5. Ratcliff, WC, Denison, RF, Borrello, M., en Travisano, M. (2012). Experimentele evolutie van multicellulariteit. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (5), 1595-1600.
6. Roze, D., & Michod, RE (2001). Mutatie, selectie op meerdere niveaus en de evolutie van de grootte van de propagule tijdens het ontstaan ​​van multicellulariteit. The American Naturalist, 158 (6), 638-654.
7. Selden, P., en Nudds, J. (2012). Evolutie van fossiele ecosystemen. CRC Press.