Информация

Защо едноклетъчен организъм би се развил, за да бъде многоклетъчен?

Защо едноклетъчен организъм би се развил, за да бъде многоклетъчен?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Тази седмица прочетох история за Ричард Ленски, който се „развива“ E. coli вече повече от 50 000 поколения. Един коментар, който прочетох, беше от някой, който не приема Еволюцията, който посочи, че не сме виждали нито един клетъчен организъм да „еволюира“ в многоклетъчен организъм. Друг човек отговори и каза, че бактерията няма да се развие в нещо, което не е бактерия.

И така, ако Еволюцията създаде едноклетъчни организми и след това многоклетъчни организми, как би могла да се случи тази промяна? И възможно ли е да се пресъздаде този набор от движещи сили, за да се направи една бактерия нещо различно от бактерия?

За тази цел какво предимство има многоклетъчното пред едноклетъчното (ако това е дори дума)?


Как се разви многоклетъчността?

Това е продължаващо поле на изследване - Някои прозрения за произхода на многоклетъчността

Това е голямо продължаващо поле на изследване. За да започнем с пример, сравнително наскоро (2012 г.) имаше важна статия от Ratcliff et al. което показва, че дрождите могат бързо да развият многоклетъчност при селекция от скоростта на потъване до по -ниски водни слоеве. Тази статия е една от многото други и далеч не може да обясни всичко, което бихме искали да разберем за еволюцията на многоклетъчността. Обикновено мисля, че този вид дрожди е имал многоклетъчен предшественик и бихме могли да мислим, че този вид вече би имал фиксирани алели (= варианти на гени, които са фиксирани, което означава, че цялата популация носи този вариант днес) в популацията, предразполагаща този вид към лесно (повторно) развиват многоклетъчност. Също така те може да са запазили някаква постоянна адитивна генетична вариация в генома си от миналото си и следователно биха реагирали много бързо на селекцията, тъй като не се нуждаят от de novo мутации. (Съжалявам, ако последното изречение е малко техническо).

Една от първите черти, които обикновено споменаваме, когато говорим за еволюцията на многоклетъчността, е наличието на лепкави протеини, позволяващи на отделните клетки да се поставят една към друга.

Някои прозрения за еволюцията от прости многоклетъчни към по -сложни многоклетъчни

След това бихме могли да говорим за по -сложни многоклетъчни и да спорим как тези прости многоклетъчни еволюират в някои по -сложни организми. Често срещан аргумент е, че многоклетъчните могат да имат специализирани клетки, които са много способни да правят това, което правят, тъй като са специализирани. Също така се смята, че се е повишило известно ниво на сложност поради факта, че многоклетъчните организми са склонни да имат по -малък размер на популацията от едноклетъчните (вж. Lynch and Conery, 2003). Важно е да не се бърка еволюцията на сложността с еволюцията на многоклетъчността, въпреки че тези две понятия са по някакъв начин свързани.

Какво имате предвид под многоклетъчност?

Еволюцията на многоклетъчността може да бъде обсъдена в контекста, когато сестринските клетки образуват организъм заедно или когато несвързани клетки (между един и същ вид или дори клетки от различни видове) се обединяват, за да образуват организъм. Също така, многоклетъчността може да се обсъжда на различно ниво в зависимост от това как искаме да дефинираме многоклетъчността. Многоклетъчен ли е куп клетки, които се възпроизвеждат поотделно и работят в своя полза? Нуждаем ли се от разделение на труда? Имаме ли нужда от разделение между зародишна линия (репродуктивна каста) и сома линия (нерепродуктивен случай)?

Колко пъти многоклетъчността се е развивала независимо?

Някои хора смятат, че има многоклетъчни бактерии (биофилми), но ние ще избягваме дискусиите, които се основават на дефиниции за гранични случаи. Нека поговорим за еукариотите. Повечето еукариоти са едноклетъчни и многоклетъчните се развиват многократно независимо при еукариотите. Доколкото ми е известно, сложната многоклетъчност еволюира само (само?) 6 пъти независимо при еукариотите.

  • Метазои (животни)
  • Ascomyceta (гъбички)
  • Basidiomyceta (гъбички)
  • Viridiplantae (зелени растения)
  • Florideophyceae (червени водорасли)
  • Laminariales (кафяви водорасли)

Моделиране на организми и интересни случаи за изучаване на многоклетъчността

Има куп специфични класове, които са особено заинтересовани от изучаването на многоклетъчността, тъй като те представят преходни състояния. Например Volvox е род хлорофити и видовете в тази клада имат различни етапи на многоклетъчност; Някои видове са изключително многоклетъчни, някои образуват малки групи, някои създават големи колонии, някои имат някакво разделение на труда, а някои дори имат разделение между зародишната линия и сомата (някои касти не се възпроизвеждат). (ref1, ref2, ref3, ref4, ref5, ref6). Дрождите също са добър модел модел за изучаване на еволюцията на многоклетъчността.


От една страна, по -големите организми са много по -енергийно ефективни. Това е това, което е известно като закон на Клайбер, където калоричното изискване се измерва като 3/4 мощност към телесната маса.

Друго нещо е, че когато всички клетки си сътрудничат, за да образуват многоклетъчен организъм, всеки даден индивид е по-склонен да се възпроизвежда и по-малко вероятно да умре поради промените в околната среда, защото сътрудничеството създава стабилност.

Има няколко теории за как това се случи, но това са елементите на защо. Сътрудничеството и ефективността подобряват шансовете за оцеляване, което означава, че селекцията ще благоприятства многоклетъчните организми, каквито и да са били.


Отказ от отговорност: Не е моята област на изследване и не област, в която познавам добре литературата. Вижте го като допълнение към другите отговори.


Отличително предимство на многоклетъчността са специализираните функции на различни клетки. Това може да позволи по-висока ефективност на напр. метаболитни процеси, както и че излишните функции могат да бъдат премахнати от някои клетъчни линии, тъй като те могат да бъдат обработвани от други клетки. Следователно съставните части могат да станат по -прости, докато полученият организъм става по -сложен едновременно. Математическото моделиране на клетъчните системи показва как този тип разделение на труда може да се развие от едноклетъчни линии (Ispolatov et al. 2011), през стъпките на агрегация и диференциация от вече съществуващи функции.

Интересна междинна стъпка, която може да предостави някои улики за това как може да се развие многоклетъчността, е в цианобактериите, където някои едноклетъчни видове могат да покажат частична специализация, напр. когато са част от клетъчните биофилми. Филогенетично изследване на цианобактериите също така показва, че те са преминали от многоклетъчна към едноклетъчна поне пет пъти, а повечето съществуващи цианобактерии изглежда произхождат от многоклетъчни предци (Schirrmeister et al. 2011). Това означава, че еволюцията на многоклетъчността не е еднопосочен процес, а изглежда много по-сложен процес.


Силно насърчавам да чета произведения от лабораторията на Никол Кинг-тя изучава хоанофлагелатите, които са „извънгрупата“ за животните-те в известен смисъл са най-животинският едноклетъчен организъм, който съществува.

Хаоните също са невероятни, защото преминават през единичен към многоклетъчен преход в собствен жизнен цикъл, така че те предоставят невероятна възможност да разберете кога е по-полезно да бъдете едноклетъчни спрямо многоклетъчни. Понастоящем една от работните хипотези на групата е, че един от основните двигатели на тласъка към многоклетъчност може да е просто динамиката на флуидите: потоците около сферична многоклетъчна "розетка" от хаони им донасят повече храна.

Ако се интересувате от еволюционния преход към многоклетъчност, трябва да прочетете произведения от King Group.


Ако единичните клетки са способни да оцелеят сами, тогава защо еволюира многоклетъчността?


Тази ситуация може да се сравни с еволюцията на семейството и обществото, в известен смисъл; по време на криза шансовете за оцеляване се увеличават, когато някой остане в група.

Подобни условия биха довели до еволюцията на многоклетъчността. Разликата между това да бъдат наистина многоклетъчни и просто да бъдат група клетки е, че при многоклетъчност отделните клетки не могат да оцелеят в отсъствието на другата. Освен това различните клетки в многоклетъчния организъм изпълняват различни видове функции. Със сигурност обаче е вероятно групирането без силна зависимост да представлява ранните етапи в еволюцията на многоклетъчността.

Един от сложните видове микробни колонии е биофилмът. В биофилма различните "региони" на колонията имат различни видове функционални роли; "външните" клетки поемат хранителни вещества за колонията от околната среда, докато вътрешните клетки се възпроизвеждат и поддържат колонията да процъфтява. Бактериите също така са развили начин за сигнализиране (или "говорене") с други бактерии (от същия вид) чрез механизъм, известен като quorum sensing, който по някакъв начин променя поведението на бактериите, когато след това останат в група.

Dictyostelium или слуз мухъл (или наричан нежно копнеж :)) е пример за ранна еволюция на многоклетъчността при еукариотите. Когато има много храна, дикти остава като едноклетъчна амеба. Въпреки това, когато има недостиг на храна, амебите от диктите започват да се групират и пораждат многоклетъчен "охлюв". Плужекът се разхожда наоколо и когато срещне подходящи условия (като влажност), той се различава, за да даде началото на „плодно тяло“, което повече или по -малко прилича на гъбична спора. В плодното тяло някои клетки образуват спорите (които ще произвеждат нови дици), докато някои клетки образуват дръжката (която поддържа спорите). Очевидно изборът на това коя част ще се превърне в клетка е случаен и на този етап отделните амеби не са повече егоисти. Агрегирането на диметични амеби се координира от сигнализираща молекула, наречена сАМР и това работи по начин, подобен на кворумното отчитане.


Взето от Уикипедия

Volvox е друг пример за ранен етап на многоклетъчна еволюция.

В обобщение, както казахте, единичните клетки могат много добре да оцелеят сами. Въпреки това, в някои ситуации многоклетъчността би дала на организма някои предимства за оцеляване. Трябва да разберете, че това е само една от стратегиите за оцеляване, а не всички организми, необходими, за да приемат това. Всъщност на планетата има много повече едноклетъчни видове в сравнение с многоклетъчните.

Бих повторил предложението на Реми, че трябва да разгледате този сайт, наречен Understanding Evolution, хостван от UC Berkeley.

Можете също да разгледате тази публикация на нашия сайт за повтарящо се съмнение, пред което са изправени много студенти и не-експерти в областта на еволюцията: „Защо някои лоши черти се развиват, а добрите не?“


По същата причина, поради която социалността еволюира толкова много пъти сред животните. Има много предимства в това да имате подобни колеги. А многоклетъчните организми в крайна сметка са просто колония, понякога общество, от отделни клетки.


Евкариотът, който се превърна в съвременните митохондрии на органелите, комбиниран с прокариоти. Това вероятно се е случило в резултат на усвояването на митохондриите от родителската клетка, но не е унищожено, тъй като е създало полезно молекули АТФ, богати на енергия, използвайки кислород и вода чрез дишане.

Това бяха първите еукариотни клетки, те се превърнаха в еукариотен, многоклетъчен живот.



Различните ползи за превръщането на евкариотите в многоклетъчни включват:


Обемът към повърхността на клетката дава на клетките естествен размер от няколко микрометра. За по-големите единични клетки става все по-трудно да абсорбират достатъчно хранителни вещества или кислород за обема на цитоплазмата.

Амебите могат да бъдат по -големи, тъй като са с толкова неправилна форма, което гарантира, че никъде вътре в клетката не е твърде далеч от повърхността на клетките. Различни едноклетъчни животи с по-сферична сантиметрова скала съществуват и в богати на хранителни вещества части на дълбокия океан, като Valonia Ventricosa.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Valonia_ventricosa


Друго предимство е, че между клетките, извън клетъчните стени, могат да се образуват структури, които все още могат да бъдат защитени в тялото на съществата. Такава съединителна мрежа при животните се нарича извънклетъчен матрикс.

https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/cells/cytoskeleton/v/introduction-to-cytoskeleton


Обърнете внимание, че същества като морската гъба са многоклетъчни, но нямат отделни части от тялото, като органи по същия начин, както животните.

"Гените, които обсъждам в статията си, не са присъствали в общия прародител на целия живот на Земята. Те не съществуват например в бактериите. Те дори не съществуват (доколкото учените знаят) в гъбите. Само след предците на книдари и двустранни се отклониха от гъбите, дали се появиха." (Планета от вируси, Карл Цимер) Това е цитатът, който мога да намеря, доколкото си спомням, отнасящ се до „културизма“ при много същества, но не и до морската гъба.


Многоклетъчен организъм

Всички видове животни, наземни растения и повечето гъби са многоклетъчни, както и много водорасли, докато някои организми са частично едно- и частично многоклетъчни, като мухъл и социални амеби като рода Dictyostelium. [2] [3]

Многоклетъчните организми възникват по различни начини, например чрез клетъчно делене или чрез агрегиране на много единични клетки. [4] [3] Колониалните организми са резултат от много идентични индивиди, които се обединяват, за да образуват колония. Въпреки това, често може да е трудно да се отделят колониалните протисти от истинските многоклетъчни организми, тъй като двете концепции не са различни колониални протисти са наречени „многоклетъчни“, а не „многоклетъчни“. [5] [6]


Прелистване на скрипта

Авторите на природата хартия отхвърля колониалния подход към многоклетъчността. Вместо това те предлагат нещо съвсем различно: „Като алтернатива, ние твърдим, че клетъчният метазоански клетъчен тип е имал способността да съществува и да преминава между множество клетъчни състояния по начин, подобен на съвременните трансдиференциращи и стволови клетки.“ 8 С други думи, тези изследователи предполагат, че първите многоклетъчни организми не са образувани от топки клетки. Вместо това те се образуват от клетки, подобни на стволови клетки, които имат способността да се диференцират в различни функции. Това е радикална идея в еволюционната догма. Той преобръща цялата еволюционна парадигма.

Влошава се. Наред с още едно пренаписване на еволюционната догма, това изследване също увеличава трудността за получаване на многоклетъчен организъм по порядъци. За да се разбере защо е така, е необходимо първо да се разберат някои неща относно стволовите клетки.


Добър отговор на типичното еволюционно разтягане на наблюдения и дефиниции! Има голяма разлика между черта, която е наистина “задължаваща” (необходима част от оцеляването на създанието) и нещо, което е обичайно — и клетките на водораслите вероятно биха оцелели като индивиди, както и в колонии. Подобно проучване и твърдение е направено за Chlorella vulgaris преди години. Очевидно дори еволюционистите не са намерили това за много убедително и са търсили други водорасли, за да осигурят по-добър случай.

По същия начин, изследване на дрожди (отново в специални лабораторни условия) твърди, че е наблюдавало произхода на специализацията в дрождите. В наистина многоклетъчните организми клетките могат да бъдат много различни и да играят специални роли в различни функции на организма и като цяло не могат да оцелеят дълго като индивиди. В дрождите "специализацията"#8221 възлиза на не повече от някои клетки, умиращи преди другите, което позволява на други клетки да се откъснат от колонията и да образуват свои собствени колонии. Не беше ясно дали това е нещо наистина ново или дори клетките да са умрели от вътрешна активност или от стреса от местоположението им в колонията. И аз не съм чувал никакви допълнителни доклади или развитие от това проучване.

Еволюционистите попитаха: Ако вярвате, че нещата могат да се променят от поколение на поколение, какво ги спира да се развият в нещо много различно? Мисля обаче, че те започват да осъзнават или са го знаели през цялото време, че промяната не е просто нещо, което може да нарасне като броя на пясъчните зърна в пясъчната дюна или капките вода в океана. Има много различни видове промени и тези, които наблюдаваме в тези проучвания, не са видовете промени, които трябва да могат да се случат, ако целият живот е еволюирал от микроби.


Как животът направи скока от единични клетки до многоклетъчни животни

За да прегледате тази статия, посетете Моят профил, след което Прегледайте запазените истории.

Джеймс О 'Брайън за списание Quanta

За да промените тази статия, посетете Моят профил, след това Прегледайте запазените истории.

В продължение на милиарди години едноклетъчните същества са имали планетата за себе си, плувайки през океаните в самотно блаженство. Някои микроорганизми се опитват да подредят многоклетъчни, образувайки малки листове или нишки от клетки. Но тези начинания попаднаха в задънена улица. Единичната клетка управляваше земята.

* Оригиналната история е препечатана с разрешение от Списание Quanta, редакционно независимо разделение на SimonsFoundation.org чиято мисия е да подобри общественото разбиране за науката, като обхваща изследователските разработки и тенденции в математиката и физиката и науките за живота.*След това, повече от 3 милиарда години след появата на микробите, животът стана по-сложен. Клетките се организираха в нови триизмерни структури. Те започнаха да разделят труда на живота, така че някои тъкани отговаряха за движението, докато други успяваха да се хранят и хранят. Те разработиха нови начини клетките да комуникират и да споделят ресурси. Тези сложни многоклетъчни същества бяха първите животни и постигнаха голям успех. Скоро след това, преди около 540 милиона години, животинският живот избухна, диверсифицирайки се в калейдоскоп от форми в това, което е известно като камбрийската експлозия. Прототипи за всеки план на тялото на животното бързо се появиха, от морски охлюви до морски звезди, от насекоми до ракообразни. Всяко животно, което е живяло оттогава, е вариация на една от темите, които се появяват през това време.

Как животът направи този грандиозен скок от едноклетъчната простота към многоклетъчната сложност? Никол Кинг е очарована от този въпрос, откакто започна кариерата си в биологията. Вкаменелостите не дават ясен отговор: Молекулярните данни показват, че „урметазоят“, прародителят на всички животни, се е появил за първи път някъде между 600 и 800 милиона години, но първите недвусмислени вкаменелости от животински тела се появяват едва през 580 г. преди милиони години. Така Кинг се обърна към хоанофлагелати, микроскопични водни същества, чийто тип тяло и гени ги поставят точно до основата на родословното дърво на животните. „Според мен ясно е, че хоанофлагелатите са организмът, който да погледнем, ако гледаме животинския произход“, каза Кинг. В тези организми, които могат да живеят или като единични клетки, или като многоклетъчни колонии, тя е открила голяма част от молекулярния инструментариум, необходим за стартиране на животинския живот. И за своя изненада, тя откри, че бактериите може да са изиграли решаваща роля за започване на тази нова ера.

Никол Кинг, биолог в Калифорнийския университет, Бъркли, изучава произхода на животните, една от големите загадки в историята на живота.

В обширен доклад, който ще бъде публикуван в специален том на Cold Spring Harbour Perspectives in Biology през септември, Кинг излага аргументите за влиянието на бактериите върху развитието на животните. Като начало, бактериите хранеха нашите древни предци и това вероятно изискваше тези протоживотни да разработят системи за разпознаване на най-добрата бактериална плячка и да ги уловят и погълнат. Всички тези механизми бяха пренастроени, за да отговарят на многоклетъчния живот на първите животни. Прегледът на Кинг се присъединява към широка вълна от изследвания, които поставят бактериите в центъра на историята за живота на животните. „Бяхме длъжни да взаимодействаме интимно с бактериите преди 600 милиона години“, каза Кинг, сега еволюционен биолог в Калифорнийския университет в Бъркли и изследовател от Медицинския институт Хауърд Хюз. „Те бяха тук първи, те са в изобилие, те са доминиращи. В ретроспекция не трябваше да очакваме това. "

Въпреки че сме склонни да приемаме възхода на животните за даденост, разумно е да се запитаме защо изобщо са се появили, предвид милиардните години успех на едноклетъчните организми. „През последните 3,5 милиарда години бактериите са били наоколо и са в изобилие“, казва Майкъл Хадфийлд, професор по биология в Хавайския университет, Маноа. "Животните никога не са се появявали до преди 700 или 800 милиона години."

Техническите изисквания за многоклетъчност са значителни. Клетките, които се ангажират да живеят заедно, се нуждаят от изцяло нов набор от инструменти. Те трябва да измислят начини да се придържат заедно, да общуват и да споделят кислород и храна. Те също се нуждаят от основна програма за развитие, начин да насочат конкретни клетки да поемат специализирани работни места в различни части на тялото.

Независимо от това, в хода на еволюцията преходът към многоклетъчност се е случил отделно цели 20 различни времена в родове от водорасли до растения до гъби. Но животните са първите, които развиват сложни тела, появявайки се като най -драматичния пример за ранен многоклетъчен успех.

За да разбере защо това може да се е случило по начина, по който се е случило, Кинг започва да изучава хоанофлагелати, най-близкия жив роднина на животните, преди близо 15 години като постдок в Университета на Уисконсин, Медисън. Хоанофлагелатите не са най-харизматичните създания, състоящи се от овално петно, оборудвано с един-единствен опашки флагел, който задвижва организма през водата и също така му позволява да се храни. Опашката, която се мята напред -назад, задвижва ток през твърда, подобна на яката ресни от тънки нишки на клетъчната мембрана. Бактериите се улавят в течението и се придържат към яката, а choano ги поглъща.

Това, което заинтригува Кинг за хоанофлагелатите, е тяхната гъвкавост в начина на живот. Докато много от тях живеят като единични клетки, някои могат да образуват и малки многоклетъчни колонии. При вида Salpingoeca rosetta, който живее в крайбрежните устия, клетката се подготвя за разделяне, но спира да се разделя, оставяйки две дъщерни клетки, свързани с тънка нишка. Процесът се повтаря, създавайки розетки или сфери, съдържащи до 50 клетки в лабораторията. Ако всичко това ви звучи познато, има причина за това-животински ембриони се развиват от зиготи по почти същия начин, а сферичните хоанофлагелатни колонии изглеждат странно като животински ембриони в ранен стадий.

Когато Кинг започна да изучава S. rosetta, тя не можеше да накара клетките да образуват последователно колонии в лабораторията. Но през 2006 г. студент се натъкна на решение. В подготовка за секвениране на генома, той наля култура с антибиотици и тя изведнъж разцъфтя в обилни розетки. Когато бактериите, събрани заедно с оригиналния образец, бяха добавени обратно в лабораторна култура от единични хоанофлагелати, те също образуваха колонии. Вероятното обяснение за това явление е, че антибиотичното лечение на ученика по невнимание убива един вид бактерии, позволявайки на друг, който се конкурира с него, да се възстанови. Спусъкът за образуване на колонии е съединение, произведено от неизвестен досега вид бактерии Algoriphagus, които S. rosetta яде.

S. rosetta изглежда интерпретира съединението като индикация, че условията са благоприятни за групов живот. Кинг предполага, че нещо подобно може да се случи преди повече от 600 милиона години, когато последният общ прародител на всички животни е започнал съдбовното си пътуване към многоклетъчността. „Моето подозрение е, че прародителите на животните са успели да станат многоклетъчни, но са могли да превключват напред -назад въз основа на условията на околната среда“, каза Кинг. По -късно многоклетъчността се фиксира в гените като програма за развитие.

Упоритостта на Кинг в изучаването на този скромен организъм, която беше пренебрегната от повечето съвременни биолози, й спечели възхищението на много от нейните колеги учени (както и престижна стипендия на Макартур). „Тя стратегически избра организъм, за да получи представа за ранната еволюция на животните и систематично го изучава“, казва Даян Нюман, биолог от Калифорнийския технологичен институт в Пасадена, която изучава как бактериите съвместно еволюират с околната среда. Изследването на Кинг предлага вълнуващ поглед към миналото, рядък прозорец към това, което може да се е случило през този мистериозен период преди появата на първите вкаменени животни. Изследването е „красив пример“ за това как бактериите оформят дори най-простите форми на сложен живот, каза Нюман. "Това ни напомня, че дори на това ниво на развитие на животните можете да очаквате тригери от микробния свят." Бактериалната система в S. rosetta вече може да се използва за отговор на по -конкретни въпроси, като например каква може да бъде ползата от многоклетъчността - въпрос, който Кинг и нейните сътрудници в Бъркли сега работят за отговор.

Първите бактерии могат да датират до 3,5 милиарда години. Но животните, първата сложна многоклетъчна форма на живот, се появиха много повече време.


Бактериите са модели на ефективност

Бактерията Escherichia coli, един от най-добре проучените едноклетъчни организми наоколо, е майстор на промишлената ефективност. Тази бактерия може да се мисли като фабрика само с един продукт: себе си. Той съществува, за да прави копия на себе си, а бизнес планът му е да ги прави на възможно най-ниска цена, с възможно най-голяма ефективност.

Ефективността, в случай на бактерия, може да се определи от енергията и ресурсите, които използва, за да поддържа своето растение и да произвежда нови клетки, спрямо времето, което изразходва за задачата.

Д -р Цви Тлусти и студентът изследовател Арбел Тадмор от катедра „Физика на сложните системи“ разработиха математически модел за оценка на ефективността на тези микроскопични производствени инсталации. Техният модел, който наскоро се появи в онлайн списанието PLoS Computational Biology, използва само пет забележително прости уравнения, за да провери ефективността на тези сложни фабрични системи.

Уравненията разглеждат два компонента на процеса на производство на протеини: рибозоми &ndash машината, в която се произвеждат протеини &ndash и РНК полимераза &ndash ензим, който копира генетичния код за производство на протеин върху нишките на информационната РНК за по-нататъшно транслиране в протеини. По този начин РНК полимеразата е вид работа &lsquosupervisor&rsquo, която поддържа гладкото протичане на производството на протеини, проверява спецификациите и задава темпото.

Първото уравнение оценява скоростта на производство на самите рибозоми, второто - протеиновото производство на рибозомите, третото - производството на РНК полимераза. Последните две уравнения се занимават с това как клетката присвоява наличните рибозоми и полимерази към различните задачи за създаване на други протеини, повече рибозоми или повече полимерази.

Теоретичният модел е тестван при истински бактерии. Бактериите & lsquoweigh & rsquo разходите за изграждане и поддържане на техните машини за производство на протеини срещу печалбите, които могат да бъдат произведени от възможността да произвеждат повече протеини за по -малко време? Какво се случва, когато недостиг на критично оборудване, например основен рибозомен протеин? Tlusty и Tadmor установиха, че техният модел е в състояние точно да предскаже как Е. coli ще промени производствената си стратегия, за да увеличи максимално ефективността след смущения в работния поток, причинени от експериментални промени в гени с важни клетъчни функции.

Какво&rsquos е оптималното? Моделът прогнозира, че една бактерия, например, трябва да има седем гена за производство на рибозоми. Оказва се, че & rsquos е точно числото, което има една средна клетка на E. coli. Бактериите с пет или девет получават много по -нисък рейтинг на ефективност. С други думи, Evolution е експерт по ефективност на живите фабрики, отговарящ на всички предизвикателства, които възникват при промяна на производствените условия.

Изследванията на д -р Tsvi Tlusty & rsquos се подкрепят от Центъра за биологична физика Clore.

Източник на историята:

Материали, предоставени от Научен институт Вайцман. Забележка: Съдържанието може да се редактира по стил и дължина.


Ранен едноклетъчен живот

Сега има известен дебат относно първия произход на живота на планетата, като оценките варират от 3,77 милиарда години до 4,5 милиарда години преди по-малко от петдесет милиона години след образуването на нашата планета! Въпреки че графикът може да не е точен, има малко спорове, че първите форми на живот са съществували на хидротермални отвори дълбоко в океаните, тъй като най -ранните доказателства за живот идват от утайки от хидротермални вентилатори. Тези първи форми на живот са прости микроорганизми и може би са се появили почти веднага след образуването на океаните.

Въпреки това, първото безспорно и пряко доказателство за живот на Земята датира от преди около 3,465 милиарда години&mdashфосилизирани микроорганизми&mdash, докато по-ранните твърдения обикновено зависят от наличието на вещество, участващо в биохимичните процеси, но не и останки от самите организми. Първите преки примери за живот, които са открити, обаче вече показват известна клетъчна сложност, включително клетъчни стени, обгръщащи ДНК, генерираща протеини, така че по-елементарни форми на живот вероятно са съществували много по-рано.

(Снимка: Nasky/Shutterstock)

По принцип, започвайки преди 3,5 милиарда години, едноклетъчните организми управляват&mdashвъпреки ранната многоклетъчност в подложките, подобни на цианобактерии&mdash, повечето от които са прокариоти, до появата на еукариотите (клетки с ядро, органели и по-сложна функционалност). Бактериите и археите са първите две области на живота, които са възникнали, последвани от Eukarya. Тези прости организми са успели да поддържат своя индивидуален метаболизъм и да оцелеят сами, изисквайки само една клетка, а не допълнителна специализация. Все още има много едноклетъчни видове на планетата, включително бактерии, планктон и амеба, както и всички протисти (които са еукариоти) и някои гъбички.


Многоклетъчни срещу Едноклетъчни организми

Както подсказва името, основната разлика между многоклетъчните и едноклетъчните организми е броят на клетките, които присъстват в тях. Това води до развитието на всички други характеристики и свойства на тези живи организми. Прочетете за разликата между тези два типа в тази статия за BiologyWise.

Както подсказва името, основната разлика между многоклетъчните и едноклетъчните организми е броят на клетките, които присъстват в тях. Това води до развитието на всички други характеристики и свойства на тези живи организми. Прочетете за разликата между тези два типа в тази статия за BiologyWise.

Клетките са градивните елементи на всички форми на живот. Всяко живо същество има клетки в тялото си. Съставът, разпределението и броят на клетките, които присъстват в организма, определят дали е многоклетъчен или едноклетъчен. Клетките в човешкото тяло играят жизненоважна роля за поддържането на живота.

Искате ли да пишете за нас? Е, ние търсим добри писатели, които искат да разпространят думата. Свържете се с нас и ще поговорим.

С прости думи разликата между едноклетъчните и многоклетъчните организми произтича от броя на клетките, които присъстват в тях. Както подсказва името, едноклетъчните организми съдържат една -единствена клетка, докато многоклетъчните организми съдържат повече от една клетка в тях. Всички техни физически характеристики и черти могат да бъдат проследени до разликата в броя на клетките, които съдържат.

Едноклетъчни организми

Due to the presence of only one cell in them, these organisms are much smaller in size and are very simple in structure. Most of these organisms fall under the category of ‘prokaryotes’, or ‘prokaryotic entities’, because their composition and structure is not complex. The structure known as the cell nucleus is completely absent in these prokaryotes, and this leads to their inability to handle their surface area to volume ratios. Owing to this reason, their sizes are very small.

Most unicellular organisms are so small and microscopic in nature, that they are almost invisible to the naked human eyes. They do not have internal organs as well, and this means that the membranes which are the organic coats around the organs are also absent. Due to their highly simplistic life form, these can exist in areas that are perceived to be hazardous to human life and are highly acidic or radioactive in nature.

It is believed by many scientists that the human race is the result of long term evolution of many unicellular organisms that existed millions of years ago. The two sets of organisms exist in harmony with each other on our planet. Besides this, all these organisms have their own specific roles to play in nature’s ecosystem.

Примери: All forms of bacteria, amoeba, yeast, and paramecium.

Многоклетъчни организми

On the other hand, these organisms are those forms of life that have more than one cell present in them. In fact, they have millions of cells present in them.

Искате ли да пишете за нас? Е, ние търсим добри писатели, които искат да разпространят думата. Свържете се с нас и ще поговорим.

The larger number of cells means that these organisms are much bigger in size and are very complex and intricate in their composition as well as structure. Human beings are the best example of multicellular organisms, and the large number of cells leads to the birth of many different organs for carrying out different functions. Most ‘eukaryotes’ or ‘eukaryotic entities’ are multicellular. The cell nuclei present in eukaryotes and the DNA of the organisms are separately placed, unlike the case of unicellular organisms. All these cells work in tandem with each other to keep the life form alive, and this leads to a variety of complex functions occurring simultaneously.

The organisms in both the categories differ greatly in their appearance, and even though multicellular organisms grow to large sizes, some of them are still microscopic in nature. These are also known as ‘myxozoa’.

Примери: Human beings, animals, plants, myxozoa, and all kinds of fungi.

Scientists discovered all the differences between multicellular and unicellular organisms and this laid the foundation for the rest of biology to develop. The advanced study of the structure of all animals and plants would not be possible without proper knowledge about the cell structure of these organisms, since the cells are the primary life forces and no organism can be alive without the presence of cells in them.

The desire to know the differences between organisms is an important event in human history, and medical science would not be where it is today without this discovery.

Подобни публикации

Unicellular organisms refer to living entities that have only one cell, and the cell is responsible for performing all the functions. Some examples are amoeba, paramecium, bacteria, and cyanobacteria.

The following article presents before us monocot vs. dicot differences by considering their various features. Read on to known more about dicotyledon and monocotyledon classifications.

Exocytosis is the reverse of endocytosis. This article gives you a brief explanation of these processes and also compares the two.


Scientists Explore Why Single Cells Band Together

Researchers are discovering how multicellular organisms evolved.The first evidence of multicellularity happened about 2 billion years ago.

Let's turn now to the very first cells that swam all alone in the primordial soup. Those cells figured out a way to get together, and that led to the explosion of complex plants and animals we see on Earth today. It's a process scientists would like to know more about.

And as NPR's Joe Palca tells us, a new study sheds light on that.

JOE PALCA: This is a story that starts a long time ago.

JOHN KOSCHWANEZ: It's believed life started around four billion years ago, and the first evidence of multicellularity is a little over two billion years ago.

PALCA: John Koschwanez is a researcher at Harvard. He's investigating how those first cells joined together.

KOSCHWANEZ: We can't take a time machine back two billion years ago to find out exactly what happened, but instead we can do a couple things in the lab.

PALCA: One of those things is to see if there any benefit for cells that are normally loners to gather their pals and form a clump. Koschwanez tried this with yeast. A single yeast cell has a problem. It can get energy from sugar, but it spills lot, so it doesn't make the most efficient use of the sugar around it. But if the yeast clump together into a group, instead of spilling the sugar on the floor, as it were, they're all spilling it on their neighbors.

KOSCHWANEZ: So in essence all the cells within the clump of cells are feeding each other.

PALCA: So Koschwanez tried growing loners and clumpers in conditions where sugar was scarce.

KOSCHWANEZ: And we compared the single cells against a group of cells.

PALCA: Sure enough, as Koschwanez reports in the journal Plos Biology, the clumpers beat the loners hands-down. So if in the course of evolutionary time a group of yeast cells did happen to clump together, they would probably stick around and thrive.

Rick Grosberg is a biologist at the University of California Davis. He says the new study shows you don't need some unique and strange event two billion years ago to encourage cells to form into groups.

RICK GROSBERG: The conditions that really promote group formation in organisms as simple as yeast are very simple conditions. There's nothing complicated or surprising or special about them. They must have been very general conditions.

PALCA: Now there is multicellularity, and then there is multicellularity. Nicole King is at the University of California, Berkeley.

NICOLE KING: There are simple forms of multicellularity, in which cells typically are living on their own but they can come together under certain environmental conditions.

PALCA: But King thinks more interesting is the kind where different cells take on different tasks within a single organism. In the case of humans, that would mean heart cells or brain cells or something specialized like that.

KING: That's the kind of multicellularity that most of us think about, and know and love.

PALCA: And how that happened is really complicated. In her work, King studies tiny single-celled organisms called choanoflagellates. These are organisms that have already begun to develop special bits, like a kind of tail for swimming around on a collar of tentacles to grab bacteria for dinner.

KING: All of them are single-celled, but the exciting thing is that some of them can form little multi-celled colonies as well.

PALCA: Inside the colonies, individual cells can start to take on these specialized functions, like swimming or digesting. King doesn't know precisely how that happens, but she does know one thing. If you compare the genomes of these tiny single-celled creatures with the genomes of some of the first true animals, they look remarkably similar.

KING: So we in fact think that a cell that looked like a choanoflagellate was probably the ancestor of animals.

PALCA: In other words, we all have some pretty humble origins.

Joe Palca, NPR News, Washington.

Copyright © 2011 NPR. Всички права запазени. Visit our website terms of use and permissions pages at www.npr.org for further information.

NPR transcripts are created on a rush deadline by Verb8tm, Inc., an NPR contractor, and produced using a proprietary transcription process developed with NPR. This text may not be in its final form and may be updated or revised in the future. Accuracy and availability may vary. The authoritative record of NPR&rsquos programming is the audio record.


Bacteria with bodies - multicellular prokaryotes

Bacterial cells are fundamentally different to the cells of multicellular animals such as humans. They are far smaller, with less internal organisation and no nucleus (they have DNA but it is not packaged safely within a membrane). Because of this bacteria are almost exclusively single-celled organisms, with their own autonomy and often mobility.

Of course many bacteria form large interlinked structures such as biofilms and colonies. These show impressive cellular organisation, but they cannot really be considered one single multicellular organism. In order to be considered a multicellular creature, and organism must fulfil certain criteria:

Are there some bacteria that can do all that? Not very many of them can, true, or there would be large multicellular bacterial 'animals' roaming the plains. But there are a number of photosynthetic bacteria are able to form truly multicellular structures, albeit rather small ones.

Those long chains are technically all one organism, a photosynthesising cyanobacteria. The outer cell wall surrounds the whole organism in one continual envelope, and fulfills the first requirement for multicellularity, keeping the cells together. The arrows point towards larger cells which fulfill the both the third and the fourth. These larger cells are very different from the ones surrounding them they have differentiated to form specialised cells whose only job is to take up inorganic nitrogen from the surroundings and 'fix' it into a usable organic form.

This is a very important development, as the enzyme required to fix nitrogen does not work in the presence of oxygen, which is vital for respiration. That's why most animals and plants can't fix nitrogen and instead rely on food sources, or surrounding soil bacteria for the organic form. Bacteria have different ways to respond to this problem. Some rely on outside food sources, others become totally anaerobic (not using any oxygen at all) and some, like the cyanobacteria, have differentiated to form special nitrogen-fixing cells.

(There is a third strategy, which is to become a nitrogen fixing bacteria by night, and an aerobically respiring bacteria by day, but this requires huge amounts of energy as it means that the cell has to do a complete enzyme turnover every twelve hours)

The differentiated cell is called a heterocyst. It has a thicker cell wall to stop oxygen diffusing into the cell, and all cellular processes that might produce oxygen have been removed. Once the cell has turned into a heterocyst it cannot change back again, and is completely dependant on the cells surrounding it for the products of respiration, which it cannot carry out by itself as the process requires oxygen. Likewise, the surrounding cells are dependant on the heterocyst for the provision of nitrogen.

The cells also communicate between themselves, using a feedback system of chemical messages to determine which of them will differentiate into a nitrogen cell and which ones will stay as normal respiring cells. They can also choose to differentiate into hormogonia, which are little lines of very tiny cells that act as invasive reproducing particles. Hormogonia have some pretty awesome properties, they can glide through slime, scuttle around with pili and even float on water due to internal gas vesicles. Unlike the nitrogen-producing cells though, hormogonia are not terminally differentiated, and can turn back into normal cells once they've reached a good destination to reproduce in.

Can this be considered 'true' multicellular behaviour? There are arguments either way, but as far as I'm concerned this is a multicellular bacteria. It's certainly the closest a bacteria can get to loosing it's single-celled autonomy and existing within a larger organism.

This post is based on an older post from my previous blog, Life of a Lab Rat.

Flores, E., & Herrero, A. (2009). Compartmentalized function through cell differentiation in filamentous cyanobacteria Nature Reviews Microbiology, 8 (1), 39-50 DOI: 10.1038/nrmicro2242

The views expressed are those of the author(s) and are not necessarily those of Scientific American.

ABOUT THE AUTHOR(S)

A biochemist with a love of microbiology, the Lab Rat enjoys exploring, reading about and writing about bacteria. Having finally managed to tear herself away from university, she now works for a small company in Cambridge where she turns data into manageable words and awesome graphs.


Гледай видеото: Hüceyrə (Февруари 2023).