Еволюция на клетките и тъканите - Студопедия
Въз основа на изследването на фосилни останки от бактерии и цианобактерии се предполага, че прародителската клетъчна форма е била примитивна прокариотна клетка, възникнала преди около 3,5 x 109 години. В началото клетките от този тип са използвали органични молекули от небиологичен произход, за да осигурят своето съществуване и възпроизводство. Първият акт при образуването на примитивните клетки е образуването на мембрана, която обгражда веществото на клетката.
Впоследствие механизмите на синтез и енергоснабдяване започват да се развиват в примитивните прокариотни клетки. Предполага се, че първите прокариотни клетки са притежавали най-прости каталитични системи, в резултат на което тяхното енергийно снабдяване се основава на ферментация. Впоследствие някои видове прокариотни клетки преминаха от ферментация към дишане, което допринесе за по-ефективно производство на енергия. По този начин еволюционните промени в прокариотните клетки следват развитието на техните различни метаболитни пътища. Техният геном е еволюирал към образуването на "голи" ДНК молекули.
Еволюционните промени в еукариотните клетки вървят в посока на увеличаване на разнообразието във форма, размер, структура и функции, с едновременно разделяне на биохимичните системи и запазване на аеробния метаболизъм, общ за всички клетки. Смята се, че еукариотните клетки са произлезли преди по-малко от 1 милиард години от прокариотни клетки и са представени три хипотези, за да се обясни техният произход.
В съответствие с една от тези хипотези (хипотезата за клетъчната симбиоза), която е най-често срещаната, се приема, че еукариотната клетка е симбиотична структура, състояща се от няколко клетки от различен тип, обединени от общклетъчната мембрана. По-специално се предполага, че пластидите на клетките на съвременните зелени растения произхождат от бактерии, които са предшественици на съвременните цианобактерии и са способни на аеробна фотосинтеза, а митохондриите на еукариотните клетки произхождат от аеробни бактерии, които са влезли в симбиоза с примитивни анаеробни клетки, способни на фотосинтеза, което е довело до образуването на клетки, способни да живеят в кислородна атмосфера и да използват кислород чрез дишане действие. Що се отнася до ядрото, се предполага, че то също е остатък от някакъв древен вътреклетъчен симбионт, който е загубил своята цитоплазма след включването в оригиналната клетка. Тази хипотеза се подкрепя от данни за симбиотичните взаимоотношения на някои съвременни организми. Например, едноклетъчното зелено водорасло Chlorella (Chlorella) живее в цитоплазмата на зелената парамеция (Paramecium bussaria). Благодарение на способността за фотосинтеза, той снабдява парамецията с хранителни вещества. Пластидите и митохондриите съдържат собствена система от генетична информация за синтеза на протеини под формата на ДНК, иРНК, рРНК, тРНК и съответните ензими. Хлоропластите, митохондриите и прокариотните клетки се характеризират с подобни методи на възпроизвеждане (всички те се възпроизвеждат по един и същ начин чрез просто разделяне на две). И накрая, мутациите в митохондриалните гени са независими от мутациите в ядрените гени.
В съответствие с друга хипотеза се смята, че еукариотната клетка произхожда от прокариотна клетка, която съдържа няколко генома, прикрепени към клетъчната мембрана. В резултат на инвагинации на клетъчната мембрана се образуват мезозоми, които първоначално са способни на фотосинтеза. Настъпи обаче по-нататъшна специализация на тези органели, в резултат на което един от тях, загубил своята дихателна и фотосинтетична функция,се развиха в ядрото, други, напротив, след като развиха тези функции, станаха митохондрии при животните и пластиди при растенията. Тази хипотеза се подкрепя от данни за двойната структура на мембраните на ядрото, митохондриите и пластидите.
В съответствие с третата хипотеза, основана на идеята, че всички живи форми произлизат от предшественици на анаеробни ензимни хетеротрофи, еукариотите са подлиния на безстенни (анаеробни) прокариоти, които са развили способността за ендоцитоза. Чрез „поглъщането“ на други прокариоти, което им дава допълнителни метаболитни способности и които в крайна сметка се израждат в органели, примитивната клетка (уркариот) се превръща в еукариотна клетка. Следователно прокариотите са по-стари, по-прости и по-примитивни от еукариотните клетки.
В съответствие с четвъртата хипотеза се приема, че еукариотните клетки са възникнали от прокариотна клетка, която съдържа много геноми, които се разпадат на части, които дават началото на структури с различни функции. Впоследствие се клонират структури с подобни функции, след което се покриват с двойни мембрани, което води до образуването на ядро, митохондрии, а по-късно и мембранна мрежа. Тази хипотеза се подкрепя от данни за сходството на генетичния код, съдържащ се в ядрената и митохондриалната ДНК, както и за сходството в регулацията на дихателната функция от ядрото и митохондриите.
Както беше отбелязано по-горе, симбиотичната хипотеза за произхода на еукариотните клетки сега е най-популярна. Въпреки това, споделяйки тази хипотеза, трябва да се отбележи, че митохондриите и хлоропластите, въпреки сходството им със съвременните аеробни бактерии и цианобактерии (съответно), все пак се различават значително от тях. По-специално, има много по-малко ДНК в митохондриите и хлоропластите. Следователно, тукМитохондриите и хлоропластите в хода на еволюцията са претърпели значителни промени в посоката на техния размер.
Геномът на еукариотните клетки впоследствие се развива в посока на комбиниране на ДНК молекули с протеини и образуване на хроматин и хромозоми с различна форма и в различен брой. Специализацията на хроматина се проявява в образуването на еухроматин и хетерохроматин, в образуването на автозоми и полови хромозоми. Що се отнася до броя на хромозомите, все още е трудно да се обясни тяхната еволюционна тенденция, тъй като много примитивни организми съдържат в клетките си по-голям брой хромозоми, отколкото организмите, заемащи най-високите етапи на еволюцията. Въпреки това, няма съмнение, че количествените и структурни промени в кариотипите по време на еволюцията са изиграли важна роля в видообразуването. Успоредно с това се наблюдава усложняване на структурата и функцията на клетъчните компоненти, развитието на регулаторни механизми.
Несъмнено еволюционното значение на митозата. Смята се, че точността на разделяне и разпределение на хромозомите в резултат на митоза е условие, което осигурява многоклетъчност. Произходът на самата митоза обаче няма достатъчно обяснения. Предполага се само, че се е развил от примитивна митоза, която е механизъм, при който дивергенцията на репликираните хромозоми е настъпила след разтягане и разкъсване на вретеното без разрушаване на ядрената мембрана (виж по-горе).
Обясненията на еволюцията на тъканите са свързани с трудности, които се дължат на една и съща структура на тъканите, принадлежащи на живи организми, разположени на различни стъпала на еволюционната стълба. Например, мускулните влакна на членестоноги, някои мекотели и гръбначни животни имат същата структура. Междувременно тези организми са филогенетично разделени от много големи "разстояния". Подобна ситуация възниква при сравняванерастителни тъкани от различни таксономични групи.
Началото на образуването на тъкани в еволюционен план вече се проследява в най-простите организми. Например, при Volvox се отбелязва образуването на колонии, понякога състоящи се от повече от 50 000 клетки, като някои от клетките вече са специализирани. По-специално клетките, разположени в краищата на колониалната форма, са отговорни за образуването на нови колонии. При цианобактериите, когато разделените клетки не се разделят, се образуват клетъчни нишки, в които някои от клетките са специализирани в азотфиксация, което осигурява азотните нужди и на други клетки.
Изкачвайки се по еволюционната стълба, може да се види, че гъбите вече имат около пет специализирани типа клетки, чиято специализация е свързана с изпълнението на различни функции в процеса на филтриране на вода и абсорбиране на филтрирани хранителни частици.
В чревните кухини тялото се състои от два слоя - ектодерма и ендодерма, които са външният и вътрешният епителен слой. Външните епителни клетки са жилещи клетки, съдържащи отровна течност, докато вътрешните епителни клетки отделят храносмилателни ензими и улесняват храносмилането. Поради това се предполага, че слоевете на епителните клетки са се образували първи и тяхната роля в еволюцията на многоклетъчните организми е аналогична на ролята на клетъчните стени и мембрани на едноклетъчните организми.
Значителен принос за разбирането на еволюцията на тъканите принадлежи на А. А. Заварзин (1886-1945), който вярва, че едни и същи фактори на еволюцията осигуряват не само разнообразието на организмите, но и еднаквостта на структурата на техните тъкани. А. А. Заварзин нарече сходството в структурата на тъканите при филогенетично отдалечени животни закона за паралелни серии от еволюция на тъканите. Произведения на А. А. Заварзин и неговите ученициположи основите на еволюционната хистология.
Въпроси за дискусия
1. Колко важни са изследователските методи при изучаването на клетките? Кой от тези методи познавате?
2. Формулирайте основните положения на клетъчната теория. Каква според вас е ролята на тази теория в биологията?
3. Защо клетката се определя като елементарна единица на живота и какви са доказателствата, че клетката наистина е елементарната единица на живота? Какво представляват междуклетъчните структури?
4. Посочете два процеса, които са общи за всички живи системи.
b. Назовете основните разлики между прокариотните клетки и еукариотните клетки. Едноклетъчността признак ли е на прокариоти?
6. Назовете и характеризирайте компонентите на мембранната система на животинските клетки. Има ли мембранна система в растителните клетки?
7. Опишете цитоплазмения матрикс и клетъчните органели. Какво е цитозол? Клетките имат ли скелет? Как е организиран цитоскелетът и какви са неговите компоненти?
8. Какъв е устройството и ролята на клетъчното ядро? Има ли разлики между ядрата на животинските клетки и растителните клетки?
9. Какви са структурата и функциите на митохондриите? Всички клетки ли имат митохондрии?
10. Формулирайте дефинициите на клетъчния цикъл и митозата. Колко бързо протичат митозите в клетки от различни тъкани?
11. Какво представляват лизозомите и каква е тяхната роля? Какво се случва с клетките, ако лизозомите бъдат унищожени?
12. Какво е значението на ензимите в живота на клетките? Всички протеини ли са ензими и каква е тяхната функция?
13. Какви са фазите на митозата и същността на процесите, протичащи в тези фази?
14. В коя фаза протича деленето на центромера иосвобождаване на сестрински хроматиди?
15. Определете каква част от теглото на ядрото пада върху хроматина на клетката (приблизително), като приемете, че диаметърът на ядрото е 6 микрона, а плътността е 1,1 g / cm "3?
16. Като се има предвид, че човешките хромозоми се състоят от 15% от ДНК, определете масата на всички хромозоми на неговите диплоидни клетки.
17. Какво можете да кажете за произхода на митозата?
18. Какво знаете за елементарния състав на клетките?
19. Какво се има предвид под биологични молекули?
20. Каква е структурата на протеините и какво знаете за функциите на протеините?
21. Как разбирате произхода на прокариотните клетки?
22. Как разбирате произхода на еукариотните клетки?
23. Какво е вашето мнение относно развитието на генома на еукариотните клетки?
24. Какви са причините за смъртта на клетките? Има ли генетичен механизъм, който контролира клетъчната смърт?
25. Какво знаете за епителните тъкани и техните функции?
26. Кои са основните групи мускулна тъкан и на какво се основава тяхната класификация?
27. Кои са основните клетъчни елементи на съединителната тъкан?
28. Какво представлява нервната тъкан и от какви компоненти се състои?
29. Как си представяте структурата на нервното влакно?
30. Защо кръвта и лимфата се считат за тъкани?
31. Каква е функционалната роля на лимфоцитите?
32. Как разбирате произхода на прокариотните и еукариотните клетки?
33. Приложима ли е еволюционната теория за изследване на тъканите?
Литература
Alberte W., Bray D., Lewis J. Raff M., Roberts C., Watson J. Молекулярна биология на клетката. М.: Мир. 1994 г. Т. 1. 615 стр.; 1994 г. Том 2. 540 страници
Вермел Е. М. Историята на учението за клетката. М.: Наука. 1970. 259 страници
Кауфман Р. В.,Wu W. Ръководство за молекулярни и клетъчни методи в биологията и медицината. CRC Press L. 1995. 496 стр. Lackie J. M. Dow 3. A. Речник на клетъчната биология. Академична преса. 1995. 380 стр.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката:
Деактивирайте adBlock! и обновете страницата (F5)наистина е необходимо