الكائنات الأولى متعددة الخلايا: الأصل والخصائص والتكوين والتطور

الكائنات الأولى متعددة الخلايا ، وفقًا لأحد الفرضيات الأكثر قبولًا ، بدأت في تجميع نفسها في مستعمرات أو في علاقات تكافلية. مع مرور الوقت ، بدأت التفاعلات بين أعضاء المستعمرة لتكون تعاونية ومفيدة للجميع.

تدريجيا ، خضع كل خلية لعملية التخصص لمهام محددة ، وزيادة درجة الاعتماد مع شركائها. كانت هذه الظاهرة حاسمة في التطور ، حيث سمحت بوجود كائنات معقدة ، وزيادة حجمها والاعتراف بأنظمة الأعضاء المختلفة.

الكائنات المتعددة الخلايا هي كائنات حية تتكون من عدة خلايا - مثل الحيوانات والنباتات وبعض الفطريات ، إلخ. يوجد حاليًا نظريات متعددة لشرح أصل الكائنات متعددة الخلايا استنادًا إلى أشكال الحياة أحادية الخلية التي تم تجميعها لاحقًا.

لماذا توجد كائنات متعددة الخلايا؟

يعد الانتقال من كائنات أحادية الخلية إلى كائنات متعددة الخلايا أحد أكثر الأسئلة إثارة ومناقشة بين علماء الأحياء. ومع ذلك ، قبل مناقشة السيناريوهات المحتملة التي أدت إلى تعدد الخلايا ، يجب أن نسأل أنفسنا لماذا من الضروري أو المفيد أن نكون كائنًا حيًا يتكون من العديد من الخلايا.

حجم الخلية ونسبة حجم السطح (S / V)

يبلغ متوسط ​​قطر الخلية التي تشكل جزءًا من جسم الخضار أو الحيوان ما بين 10 و 30 ميكرومتر. لا يمكن زيادة حجم الكائن الحي ببساطة عن طريق تمديد حجم خلية واحدة بسبب القيود المفروضة من قبل العلاقة بين السطح والحجم.

غازات مختلفة (مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون) والأيونات والجزيئات العضوية الأخرى يجب أن تدخل الخلية وتتركها ، تعبر السطح المحدد بواسطة غشاء بلازما.

من هناك يجب أن ينتشر من خلال حجم الخلية بأكمله. وبالتالي ، تكون العلاقة بين السطح والحجم أقل في الخلايا الكبيرة ، إذا قارناها بنفس المعلمة في الخلايا الكبيرة.

تحتوي الخلية الكبيرة جدًا على مساحة تبادل محدودة

باتباع هذا المنطق ، يمكننا الوصول إلى استنتاج مفاده أن سطح التبادل يتناقص بشكل متناسب مع الزيادة في حجم الخلية. دعونا نستخدم كمثال مكعب 4 سم ، بحجم 64 سم 3 وسطح 96 سم 2. ستكون النسبة 1.5 / 1.

في المقابل ، إذا أخذنا المكعب نفسه وقسمناه إلى 8 مكعبات بسنتيمتر ، ستكون النسبة 3/1.

لذلك ، إذا زاد حجم الكائن الحي ، وهو أمر مفيد في عدة جوانب ، مثل البحث عن الطعام أو الحركة أو الهروب إلى الحيوانات المفترسة ، فمن الأفضل القيام بذلك عن طريق زيادة عدد الخلايا وبالتالي الحفاظ على سطح مناسب لل عمليات التبادل.

مزايا كونها كائن متعدد الخلايا

مزايا كونها كائن متعدد الخلايا تتجاوز مجرد زيادة في الحجم. سمحت الخلوية المتعددة بزيادة التعقيد البيولوجي وتشكيل هياكل جديدة.

سمحت هذه الظاهرة بتطور مسارات تعاون معقدة للغاية وسلوك تكامل بين الكيانات البيولوجية التي تشكل النظام.

عيوب كونه كائن متعدد الخلايا

على الرغم من هذه الفوائد ، نجد أمثلة - كما هو الحال في العديد من أنواع الفطريات - لفقدان الخلايا المتعددة ، والعودة إلى حالة الأجداد لكائنات خلية واحدة.

عندما تفشل أنظمة التعاون بين خلايا الكائن الحي ، يمكن توليد عواقب سلبية. المثال الأكثر توضيحا هو السرطان. ومع ذلك ، هناك طرق متعددة ، في معظم الحالات ، تمكن من ضمان التعاون.

ماذا كانت الكائنات الأولى متعددة الخلايا؟

يعود تاريخ بدايات التعددية إلى ماضي بعيد جدًا ، منذ أكثر من 1000 مليون عام ، وفقًا لبعض المؤلفين (على سبيل المثال ، Selden & Nudds ، 2012).

نظرًا لأن الأشكال الانتقالية قد تم حفظها بشكل سيء في السجل الأحفوري ، فلا يُعرف عنها سوى القليل وعلم وظائف الأعضاء وعلم البيئة والتطور ، مما يجعل من الصعب وضع عملية إعادة بناء متعددة الخلايا.

في الواقع ، لا يُعرف ما إذا كانت هذه الحفريات الأولى حيوانات أو نباتات أو فطريات أو أي من هذه الأنساب. تتميز الحفريات بأنها كائنات مستوية ذات سطح / حجم مرتفع.

تطور الكائنات متعددة الخلايا

نظرًا لأن الكائنات المتعددة الخلايا تتكون من عدة خلايا ، فإن الخطوة الأولى في التطور التطوري لهذه الحالة يجب أن تكون تجميع الخلايا. يمكن أن يحدث هذا بطرق مختلفة:

الفرض الاستعماري والتكافلي

تقترح هاتان الفرضيتان أن الأسلف الأصلي للكائنات متعددة الخلايا كان مستعمرات أو كائنات أحادية الخلية التي أقامت علاقات تكافلية فيما بينها.

لم يعرف بعد ما إذا كان المجموع قد تم تشكيله من خلايا ذات هوية وراثية تفاضلية (مثل الأغشية الحيوية أو الأغشية الحيوية ) أو من خلايا جذعية وخلايا متماثلة وراثياً. الخيار الأخير أكثر إمكانية ، لأنه في الخلايا ذات الصلة يتم تجنب التضارب الوراثي في ​​المصالح.

يتضمن انتقال الكائنات المكونة من خلية واحدة إلى كائنات متعددة الخلايا عدة خطوات. الأول هو التقسيم التدريجي للعمل داخل الخلايا التي تعمل معًا. البعض يأخذ وظائف جسدية ، في حين أن البعض الآخر يصبح العناصر الإنجابية.

وبالتالي ، تصبح كل خلية أكثر اعتمادا على جيرانها وتكتسب التخصص في مهمة معينة. فضل الاختيار الكائنات التي تم تجميعها في هذه المستعمرات البدائية على تلك التي بقيت انفرادية.

يبحث الباحثون في الوقت الحاضر عن الظروف المحتملة التي أدت إلى تشكيل هذه المجموعات والأسباب التي يمكن أن تؤدي إلى تفضيلها - في مواجهة أشكال أحادية الخلية. تستخدم الكائنات المستعمرة التي يمكن أن تتذكر مستعمرات الأجداد الافتراضية.

فرضية Syncitio

المخلوق عبارة عن خلية تحتوي على نوى متعددة. تقترح هذه الفرضية تكوين أغشية داخلية داخل خلية أسلاف ، مما يسمح بتطوير مقصورات متعددة داخل خلية واحدة.

أصل الكائنات متعددة الخلايا

تشير الأدلة المستخدمة حاليًا إلى أن الحالة متعددة الخلايا ظهرت بشكل مستقل في أكثر من 16 سلالة حقيقية النواة ، بما في ذلك الحيوانات والنباتات والفطريات.

لقد سمح لنا تطبيق التقنيات الجديدة مثل علم الجينوم وفهم العلاقات التطورية بأن يشير إلى أن تعدد الخلايا يتبع مسارًا مشتركًا ، بدءًا بالاشتراك المشترك للجينات المرتبطة بالالتزام. حقق إنشاء هذه القنوات التواصل بين الخلايا.