Эволюция от клеток к многоклеточным организмам

В ходе эволюции из просто устроенных организмов, похожих на кишечнополостных, развились высшие животные. Сложная организация последних обусловлена более изощренным использованием тех же принципов кооперирования клеток, которые лежат в основе строения гидры. Слои эпителиальных клеток выстилают все внутренние и наружные поверхности тела, создавая защищенные от внешних условий компартменты и контролируемую внутреннюю среду, в которой дифференцированные клетки выполняют специализированные функции Специализированные клетки взаимодействуют и сообщаются друг с другом с помощью сигналов, управляющих свойствами каждой клетки в зависимости от ее места в общей структуре. Однако, чтобы понять, как устроен такой большой многоклеточный организм со сложной и точной организацией, каким является человек, необходимо более подробно рассмотреть последовательность событий при его развитии. [c.46]

Вершиной эволюции в животном организме стало появление медиаторов, передатчиков информации между клетками многоклеточного организма ацетилхолина и биогенных аминов. [c.105]

ЛИШЬ небольшое число организмов, которые можно считать развившимися из промежуточных форм. Возможность когда-либо установить последовательность появления перечисленных выше новых признаков следует оценить пессимистически. Но все же можно предположить, что на ранних этапах эволюции эукариотической клетки возникали различные модели ее организации, прежде чем появились многоклеточные организмы. [c.523]

Геном эукариотических клеток устроен значительно сложнее, чем у прокариот, что определяется большим объемом информации, необходимой для нормальной жизнедеятельности многоклеточного организма, состоящего из специализированных клеток, органов, тканей. Поэтому в ходе эволюции по мере усложнения клетки как правило возрастает масса ДНК в хромосомах и становится более сложной вся система управления и регуляции экспрессией генов. [c.377]

Эта глава, как и книга в целом, посвящена развитию - от молекул до многоклеточных организмов. В ней обсуждается эволюция клетки, сначала как самовоспроизводящейся единицы, состоящей из более мелких частей, а затем как строительного блока для более крупных структур. По мере изложения материала мы будем последовательно знакомиться с компонентами и функциями клетки, которые детально рассматриваются в следующих главах в основном в том же порядке. Мы узнаем, как свойства больших молекул определенного типа обеспечивают передачу потомству и выражение в фенотипе (экспрессию) наследственной информации, обусловливая эволюционный процесс. Эти молекулы, заключенные в мембрану, составляют сущность самореплицирующейся клетки. Затем мы опишем основные этапы эволюции - от небольших, похожих на бактерии клеток до значительно больших и более сложно устроенных, таких, например, как клетки современных растений и животных. Наконец, будут высказаны гипотезы о том, каким образом отдельные свободноживущие клетки породили большие многоклеточные организмы, как клетки специализировались и как, объединившись, образовали столь сложные органы, как мозг. [c.12]

Первичный океан содержал преимущественно К+ и Mg +, и потому появившиеся в ходе эволюции белки функционируют наилучшим образом именно в такой среде. Со временем состав морской воды изменился так, что преобладающими ионами стали Ка+ и Са +. В результате для обеспечения условий функционирования внутриклеточных белков потребовался механизм ограничения концентрации Ка+ и Са + в клетках при сохранении К+ и Mg +. Таким механизмом стали связанные с мембраной натриевый и кальциевый насосы, способные поддерживать высокий (1000-кратный в случае Са +) градиент концентрации иона между цитозолем и внеклеточной жидкостью. У современных многоклеточных организмов Na+ и Са +—это основные ионы внеклеточной среды. Гормоны и другие биологически активные вещества вызывают быстрые кратковременные изменения тока ионов кальция через плазматическую мембрану клетки и от одного внутриклеточного компартмента к другому. В итоге ионы кальция служат внутриклеточным медиатором, воздействующим на разнообразные обменные процессы (см. гл. 44). [c.194]

В современном мире существуют два существенно различных по внутренней архитектуре типа клеток. Более сложная эукариотическая клетка является структурной единицей у растений, многоклеточных животных, простейших, грибов и всех групп, которые обычно относили к водорослям, кроме одной. Несмотря на крайнее разнообразие эукариотических клеток, обусловленное их специализацией в ходе эволюции этих групп, а также модификациями, которые они претерпевают во время дифференцировки у растений и животных, в основной архитектуре таких клеток всегда имеется много общих черт. Менее сложная прокариотическая клетка является структурной единицей у двух групп микробов у бактерий и у тех организмов, которые раньше называли сине-зелеными водорослями. Сине-зеленые водоросли обладают таким же механизмом фотосинтеза, как и эукариотические водоросли, но он происходит в клетке, имеющей совершенно иную тонкую структуру. Поэтому объединение так называемых сине-зеленых водорослей с эукариотическими водорослями уже нельзя считать оправданным, и они рассматриваются как одна из групп фотосинтезирующих бактерий — цианобактерии. [c.6]

Вполне вероятно, что ранней стадией эволюции многоклеточных явилось объединение одноклеточных организмов в колонии. Достигнуть этого проще всего, если дочерние клетки не расходятся после каждого клеточного деления. В примитивном виде такое общественное поведение встречается даже у прокариот. Например, миксобактерии, которые живут в почве и питаются нерастворимыми органическими молекулами, расщепляют их. секретируя специальные ферменты. Они образуют рыхлые колонии, в которых накапливаются ферменты от индивидуальных клеток и, таким образом, повышается эффективность питания (эффект волчьей стаи ). Эти клетки представляют собой вершину структурной сложности, достигнутой эволюцией прокариот когда истощаются запасы питательных веществ, они плотно агрегируют и образуют плодовое тело (рис. 1-31), в котором бактерии дифференцируются в споры, способные выжить даже в исключительно суровых условиях [c.42]

Устоялось мнение, что гетерофильной форме взаимодействия предшествовали гомофильные молекулярные отношения. Цепь событий, приведших к формированию антигенраспознающих рецепторов как завершающих молекулярных структур в эволюции суперсемейства, представляется следующим образом (рис. 5.2). Пред-ковые однодоменные белки, связанные с поверхностью клетки, в процессе межклеточного взаимодействия формировали гомодимер (А-А). Подобная форма отношений, очевидно, имела место при возникновении многоклеточных организмов. Гомофильная форма взаимодействия сохранилась до настоящего времени у однодоменного белка Ро и, возможно, Thy-1. В результате тандемной дупликации гена для однодоменного белка и последующих мутационных изменений, затрагивающих контактирующий участок молекулы, стали проявляться гетерофильные клеточные отношения (А-В). Дуплицированные гены экспрессировались в клетках одного и того же или разных типов. Мутационные изменения могли снижать аффинность А-В-взаимодействий, но не отменять их полностью. Возникшие гетерофильные отношения явились источником формирования V-доменов Т-клеточного рецептора (от домена В) и антигенпрезентирующей способности молекул МНС (от домена А). [c.133]

Существуют ли вообще ископаемые намного древнее этих Тща тельное микроскопическое исследование очень древних пород доказало, что они содержат небольшие вкрапления, которые выглядят как окаменелые остатки очень простых организмов, несколько напоминающих некоторые одноклеточные организмы, обитающие сегодня на Земле. Это имеет большое значение Мы склонны предполагать что в процессе эволюции многоклеточные существа развились из этих древних организмов, которые имели только одну клетку. Хотя некоторые обстоятельства здесь все еще спорны, первые организмы такого типа появились примерно 2У2 3 2 миллиарда лет назад. Возраст Земли примерно 4% миллиарда лет После того как утих хаос ее первоначального формирования, наступил период длиною около миллиарда лет, в течение которого могла бы развиться жизнь на основе сложного химического состава земной поверхности, особенно в океанах, озерах и заводях Мы совсем не располагаем ископаемыми останками того периода, потому что все еще не обнаружены сохранившиеся фрагменты осадочных пород того времени [c.30]

Появление многоклеточных явилось важным арогенным преобразованием в природе. Быть многоклеточным с обилием хорошо дифференцированных клеток — полезно для вида. Разнообразие функций, выполняемых отдельными специализированными клеточными популяциями, взаимная связь между клетками, определяющая организм как единую систему, есть результат прогрессивной эволюции. Собственно два показателя увеличение абсолютного числа клеток и их возрастающая специализация —являются наиболее демонстративными признаками морфо-функцио-нального прогресса в мире животных. Однако быть эволюционно развитым организмом с астрономическим числом высокодиффе- [c.439]

Основной чертой многоклеточного организма является распределение функций между различными типами клеток. В ходе эволюции это распределение становилось все более и более существенным, пока не достигло наивысшего уровня у млекопитающих, включая человека. Высокоспецпализированные клетки многоклеточных организмов формируют различные ткани, которые, в свою очередь, образуют всевозможные органы. В тканях клетки находятся в контакте со сложной сетью межклеточных полимеров, в первую очередь специальных белков и полисахаридов, образуя внеклеточный лгатрикс. Б ряде случаев клетки соприкасаются непосредственно друг с другом. В многоклеточных организмах как процессы воспроизводства, так и метаболизм, включая производство энергии, протекают несравнимо сложнее, чем в одноклеточных. [c.26]

Известна обширная группа генетических явлений, связанная с горизонтальной передачей генов в пределах одного поколения организмов, а также между клетками одного и того же многоклеточного организма. Характерными примерами такого рода являются специфическая и неспецифическая трансдукции, осуществляемые бактериофагами, в результате чего происходит перенос небольших частей генома микроорганизмов. Большое значение в эволюции бактерий играет и обмен генами с помощью конъюга-тивных плазмид и транспозонов, в частности, распространение генов устойчивости к различным химическим веществам как в популяциях родственных бактерий, так и между представителями таксономически удаленных друг от друга групп [59]. Ретровирусы, по-видимому, и в природных условиях способны осуществлять горизонтальный перенос генов у млекопитающих, а с помощью Т1-плазмид происходит горизонтальный обмен генами и у растений. Перемещение генетической информации и изменение характера ее экспрессии возможны и в пределах геномов самих одноклеточных и многоклеточных организмов под действием разнообразных мобильных генетических элементов, а также при воздействии мутагенных факторов окружающей среды [60]. [c.37]

Клетка тела любая клетка многоклеточного организма, кроме гамет. Мутации в соматических клетках обычно не ифают существенной роли в эволюции, поскольку вряд ли передаются с гаметами следующим поколениям.. ..бесполое размножение, возможно, продуцирует новых индивидов с копиями соматических мутаций, и некоторые растения, возможно, образуют микро- и мегаспоры из соматических клеток. [c.15]

Из теории эволюции Дарвина следует единство основных явлений жизни во всех организмах. То же положение вытекает из клеточной теории, предложенной Шлейденом и Шванном в 1839 г. Существование одноклеточных и факт возникновения многоклеточного организма из одной клетки — зиготы показывает, что свойства живого тела присущи отдельной клетке. В клетке заложен механизм наследственности и изменчивости, ответственный за биологическую эволюцию. Дальнейшее развитие биологии локализовало этот механизм со все возрастающей точностью. Зигота, возникающая в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида, приобретает наследственные свойства обеих клеток. Так как сперматозоид состоит в основном из ядерного материала, за наследственность ответственна не вся клетка, а ее ядро (Геккель, 1868 г.). Цитология и генетика показали, что аппарат наследственности сосредоточен в хромосомах, находящихся в ядре клетки. [c.484]

Эукариоты появились 1,5 млрд лет назад, они имели клетку с четко выраженным ядром первые эукариоты были однополыми. В интервале 0,8-1,0 млрд лет появились разнополые эукариоты, которые дали толчок бурному развитию разных форм жизни к концу протерозоя появились зеленые, бурые, красные водоросли. На границе кембрия-докембрия появление многоклеточных организмов повлекло за собой бурное развитие жизни — фауны и флоры. Возможно, что бесскелетная фауна появилась раньше. В вендских отложениях (600 млн лет) найдены отпечатки крупных бесскелетных организмов (эдиакарская фауна), но точная принадлежность этой группы ископаемых не определена. Первые наземные растения фиксируются в конце силура, расцвет их начинается с карбона и продолжается с постоянным увеличением видов вплоть до кайнозоя, с начала кайнозоя — млекопитающие, а в конце кайнозоя — человек (Homo sapiens) — вершина эволюции живого вешества. [c.108]

Конечно, отдельные клетки клона могут и не придерживаться стратегии специализации и альтруизма тысячи генетически идентичных бактерий . oli, происходящих от одной родительской клетки, конкурируют между собой, вместо того чтобы сотрудничать. Но если стратегия сотрудничества, предназначенная для распространения данного генома, уже возникла, тогда всякая мутация, приводящая к неальтруистичному поведению отдельных членов сообщества, становится особенно опасной. Эгоистичное поведение мутантной, клетки в организме подвергает риску будущее всего многоклеточного коллектива. Иными словами, мутации и естественный отбор, действующие внутри популяции соматических клеток, могут привести к гибели. Насколько велика опасность в этом случае и какого рода защита от иее выработалась в процессе эволюции [c.182]

Функционирование многоклеточного организма, каким является высшее растение, есть результат взаимодействия ряда регуляторных систем, которые схематически могут быть расположены в следуюш,ей усложняюш,ейся последовательности регуляторы клетки (гена, хромосомы, ядра, цитоплазмы), ткани и, наконец, регуляторы целого организма. Эти своеобразные этажи регуляции представляют собой схему для изучения регуляторных систем в биологическом объекте. Согласованное функционирование регуляторных систем на всех этажах иерархической лестницы целого организма поддерживает его нормальную жизнедеятельность и обеспечивает его ответную реакцию на воздействие внешней среды. Регуляторные системы более высоких этажей организма представляют собой механизмы, эволюционно сформированные на основе систем управления низших этажей , однако у этих высоких этажей появляются и специфические, только им присущие особенности регуляции. Так, способность координации роста органов, регулируемая у целого растения с помощью комплекса фитогормонов, это та специфическая система, которая присуща главным образом только верхнему, организмен-ному уровню регуляции. При переходе от нижнего уровня к верхнему старые механизмы регуляции не исчезают, а совершенствуются, что приводит к возникновению качественно новых систем управления, одной из которых и является гормональный механизм, функционирующий в растении. Формирование таких специфических метаболитов, как гормоны, есть одно из звеньев эволюции регуляторных систем. [c.7]

В эукариотической клетке, как мы видели, имеется ядро, отделенное от окружающей его цитоплазмы ядерной мембраной. Ядро содержит хромосомы, несущие гены. Хромосомы состоят из ДНК и белка. При делении хромосомы распределяются между дочерними клетками в результате сложного процесса митоза и мейоза. Цитоплазма эукариотической клетки содержит в свою очередь различные субклеточные органеллы. Прокариотические клетки устроены проще. В них нет четкой гранииы между ядром и цитоплазмой, нет ядерной мембраны. ДНК в этих клетках не связана с белком и не образует структур, похожих на хромосомы эукариотов. Поэтому у прокариотов не обнаруживается процессов митоза и мейоза. Наконец, в этих клетках нет субклеточных органелл, которые напоминали бы митохондрии или иентриоли клеток эукариотов. Вряд ли можно сомневаться, что более просто устроенные прокариоты являются эволюционными предшественниками более сожных эукариотов. Лишь немногие из происшедших позднее событий биологической эволюции смогли оказать большее влияние на дальнейший ход эволюции органического мира, чем переход от прокариотической жизни к жизни эукариотической, который совершился в докембрии. Ведь именно этот переход сделал в конце концов возможным возникновение многоклеточных организмов, состоящих из высокодифференцированных клеток, обладающих специализированными функциями, и подготовил таким образом путь для появления макроскопических организмов. [c.47]

Строение животного является результатом его эволюционной истории, которая, как и история индивидуального развития, представляет собой летопись продвижения от простого к сложному Каково же взаимоотнощение этих двух аспектов развития - эволюционного и индивидуального В процессе эволюции многие приспособления, использовавщиеся при индивидуальном развитии простейщих многоклеточных организмов, сохранились в качестве основных принципов строения их более сложных потомков Мы уже упоминали об эпителиальной организации клеток. Заслуживает внимания и тот факт, что некоторые специализированные типы клеток, например нервные клетки, можно найти практически у любого животного - от гидры до человека. Более того, ранние стадии [c.47]

Однако многие болезнетворные микробы способны проникнуть через внешние барьеры организма. Тогда в реакцию вступают новые защитные свойства. На них впервые обратил внимание великий русский ученый И. И. Мечников. Эти свойства связаны в первую очередь с клетками крови и лимфы, кроветворных органов, рыхлой соединительной ткани. Мечников отметил, что на низших ступенях развития органического мира у одноклеточных и наиболее просто устроенных многоклеточных животных переваривание пищи осуществляется внутри клеток. Позднее, в процессе эволюции, развилась специальная пищеварительная система. Вместе с тем в теле животного и человека существуют подвижные клетки, способные к внутриклеточному пищеварению. Они всегда скапливаются вокруг микробов и других инородных тел, попавших внутрь организма. Подвижные клетки, названные Мечниковым фагоцитами (от греч. phagein — пожирать, ytos — клетка), захватывают инородные тела и, если те органического происхождения, переваривают их. Так, на базе дарвиновского учения И. И. Мечников объяснил происхождение иммунитета — одной из форм невосприимчивости организмов к болезнетворным началам. Причину иммунитета И. И. Мечников видел в деятельности фагоцитов. Позднейшие исследования подтвердили огромное значение фагоцитов в явлениях иммунитета. Этот способ защиты имеет место у представителей всех типов животного мира, имеющих ткани мезодермального происхождения. Но, как было выяснено в дальнейшем, у животных появился еще дополнительный защитный механизм. У этих организмов клетки тела вырабатывают особые вещества, способные растворять микробы. К ним относятся комплексы белковых веществ, получивших название комплемента и антител. Они находятся в жидкой части крови и поэтому получили название гуморальных факторов-(от лат. humor — влага). [c.462]

Возникновение многоклеточности сопровождается специализацией тканей организма наряду с появлением соматических тканей (костная, мышечная, соединительная и т.д.) обособляется ткань, дающая начало половым клеткам, — генеративная ткань. Половое размножение возникло в процессе эволюции как высшая форма воспроизведения организмов, позволяющая многократно увеличивать численность потомства, и, что самое главное, поло-5рое размножение явилось необходимой предпосылкой возникно- 1цения многих форм наследственной изменчивости. Эти два фактора во многом способствовали естественному отбору наиболее при- (Способленных особей и тем самым существенно определяли скорость эволюционных преобразований. [c.35]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология