Od jednoćelijskih organizama do ljudi. Od amebe do čovjeka. Ribe dolaze na kopno

Uloga protozoa u vodenoj sredini

U vodenom okruženju, protozoe daju hranu za male životinje. Mnogi mekušci, rakovi, crvi, riblje mlađi, ličinke i vodeni insekti hrane se jednoćelijskim životinjama. Zauzvrat, ove male životinje daju hranu većim životinjama, koje daju ogroman doprinos poljoprivredi, ribarstvu i nacionalnim ekonomijama. Jednoćelijski organizmi formiraju plankton, kojim se hrane kitovi i kitovi spermatozoidi.

Same protozoe, a posebno cilijate, hrane se bakterijama i razgrađenim organskim ostacima i na taj način čiste vodena tijela od zagađenja. Također, najjednostavniji fototrofi zasićuju vodu kisikom i smanjuju sadržaj ugljičnog dioksida. Protozoe imaju sposobnost stvaranja neorganskih tvari iz organskih tvari na svjetlu.

Napomena 1

Većina protozoa su pokazatelji čistoće vode. Veliki broj cilijata i neke vrste euglene u rezervoaru pomoći će u identifikaciji kontaminirane vode. Čistu vodu naseljavaju papučarke, trubači i spirostomumi. Obična ameba živi u vodi s niskim sadržajem organskih tvari i visokim sadržajem mineralnih tvari.

Osim vode, protozoe naseljavaju i tlo zasićeno vlagom. Jednoćelijski organizmi, zajedno sa ostalim stanovnicima tla, održavaju plodnost tla i učestvuju u formiranju tla.

Protozoe kao graditelji stijena

Kreda i kamenje se sastoje od mnogih mikroskopskih školjki. Dakle, poznate stijene Urala, Krima i Kavkaza sadrže tijelo najjednostavnije drevne životinje - foraminifera. Krečnjaci, koji se u potpunosti sastoje od foraminifera, imaju veliki praktični značaj kao građevinski materijal. Od njih su izgrađene divovske egipatske piramide.

Ostaci foraminifera u stijenama su trag za geološka istraživanja. Prisutnost određenih vrsta foraminifera ukazuje na blizinu slojeva s naftom, a također određuje starost sedimentnih stijena.

Silicijumske stijene su formirane od skeleta strijelaca.

Životinje koje se sastoje od jedne ćelije sa jezgrom nazivaju se jednoćelijski organizmi.

Kombinuju karakteristične karakteristike ćelije i nezavisnog organizma.

Jednoćelijske životinje

Životinje iz potkraljevstva Jednoćelijski ili Protozoa žive u tečnom okruženju. Njihovi vanjski oblici su raznoliki - od amorfnih jedinki koje nemaju određen obris, do predstavnika složenih geometrijskih oblika.

Postoji oko 40 hiljada vrsta jednoćelijskih životinja. Najpoznatije uključuju:

• ameba;
• zelena euglena;
• trepavica-papuča.

Ameba

Pripada klasi rizoma i odlikuje se promjenjivim oblikom.

Sastoji se od membrane, citoplazme, kontraktilne vakuole i jezgra.

Apsorpcija hranljivih materija se vrši pomoću digestivne vakuole, a druge protozoe, kao što su alge i, služe kao hrana. Za disanje, amebi je potreban kisik otopljen u vodi i prodiranje kroz površinu tijela.

Zelena euglena

Ima izduženi oblik lepeze. Hrani se pretvaranjem ugljičnog dioksida i vode u kisik i prehrambene proizvode zahvaljujući svjetlosnoj energiji, kao i gotovim organskim tvarima u nedostatku svjetlosti.

Pripada klasi Flagellati.

Ciliate papuča

Klasa trepavica, čiji obrisi podsjećaju na cipelu.

Bakterije služe kao hrana.

Jednoćelijske gljive

Gljive su klasifikovane kao niži nehlorofilni eukarioti. Razlikuju se po vanjskoj probavi i sadržaju hitina u ćelijskom zidu. Tijelo formira micelij koji se sastoji od hifa.

Jednoćelijske gljive su sistematizovane u 4 glavne klase:

• deuteromiceti;
• chytridiomycetes;
• zigomiceti;
• ascomycetes.

Upečatljiv primjer askomiceta je kvasac, koji je rasprostranjen u prirodi. Brzina njihovog rasta i razmnožavanja je velika zbog njihove posebne strukture. Kvasac se sastoji od jedne okrugle ćelije koja se razmnožava pupanjem.

Jednoćelijske biljke

Tipični predstavnik nižih jednoćelijskih biljaka koje se često nalaze u prirodi su alge:

• chlamydomonas;
• chlorella;
• spirogyra;
• chlorococcus;
• Volvox.

Chlamydomonas se od svih algi razlikuje po svojoj pokretljivosti i prisustvu oka osjetljivog na svjetlost, koje određuje mjesta najveće akumulacije sunčeve energije za fotosintezu.

Brojni hloroplasti su zamijenjeni jednim velikim hromatoforom. Ulogu pumpi koje ispumpavaju višak tečnosti obavljaju kontraktilne vakuole. Kretanje se vrši pomoću dvije flagele.

Zelene alge, Chlorella, za razliku od Chlamydomonas, imaju tipične biljne ćelije. Gusta ljuska štiti membranu, a citoplazma sadrži jezgro i hromatofor. Funkcije hromatofora slične su ulozi hloroplasta u kopnenim biljkama.

Kuglasta alga Chlorococcus slična je Chlorella. Njegovo stanište nije samo voda, već i zemljište, stabla drveća koja rastu u vlažnom okruženju.

Ko je otkrio jednoćelijske organizme

Čast otkrivanja mikroorganizama pripada holandskom naučniku A. Leeuwenhoeku.

Godine 1675. pregledao ih je kroz mikroskop koji je sam napravio. Ime ciliates dodijeljeno je najmanjim stvorenjima, a od 1820. godine počeli su se nazivati ​​najjednostavnijim životinjama.

Zoolozi Kellecker i Siebold su 1845. godine klasifikovali jednoćelijske organizme kao posebnu vrstu životinjskog carstva i podijelili ih u dvije grupe:

• rizomi;
• ciliates.

Kako izgleda jednoćelijska životinjska ćelija?

Struktura jednoćelijskih organizama može se proučavati samo uz pomoć mikroskopa. Tijelo najjednostavnijih stvorenja sastoji se od jedne ćelije koja djeluje kao neovisni organizam.

Ćelija sadrži:

• citoplazma;
• organoidi;
• jezgro.

Tokom vremena, kao rezultat prilagođavanja okolini, pojedine vrste jednoćelijskih organizama razvile su posebne organele za kretanje, izlučivanje i ishranu.

Ko su protozoe?

Moderna biologija klasifikuje protozoe kao parafiletsku grupu životinja sličnih protista. Prisutnost jezgra u ćeliji, za razliku od bakterija, uključuje ih u listu eukariota.

Stanične strukture se razlikuju od višećelijskih organizama. U živom sistemu protozoa prisutne su probavne i kontraktilne vakuole;

Klase protozoa

U savremenoj klasifikaciji zasnovanoj na karakteristikama ne postoji poseban rang i značaj jednoćelijskih organizama.

Labyrinthula

Obično se dijele na sljedeće vrste:

• sarkomastigofori;
• apicomplexans;
• myxosporidium;
• trepavice;
• labyrinthula;
• Ascestosporadia.

Zastarjelom klasifikacijom smatra se podjela protozoa na flagelate, sarkode, cilijate i sporozoane.

U kojim sredinama žive jednoćelijski organizmi?

Stanište najjednostavnijih jednoćelijskih organizama je svako vlažno okruženje. Obična ameba, zelena euglena i trepavice tipični su stanovnici zagađenih izvora slatke vode.

Nauka je dugo klasifikovala opaline kao cilijate, zbog spoljašnje sličnosti bičaka sa cilijama i prisustva dva jezgra. Kao rezultat pažljivog istraživanja, veza je opovrgnuta. Seksualna reprodukcija opalina nastaje kao rezultat kopulacije, jezgra su identična, a cilijarni aparat je odsutan.

Zaključak

Nemoguće je zamisliti biološki sistem bez jednoćelijskih organizama, koji su izvor ishrane za druge životinje.

Najjednostavniji organizmi doprinose stvaranju stijena, služe kao indikatori zagađenja vodenih tijela i učestvuju u ciklusu ugljika. Mikroorganizmi su našli široku upotrebu u biotehnologiji.

Ciljevi lekcije:

1. upoznati učenike sa građu oka i uspostaviti odnos između njegove strukture i funkcija;
2. pokazati raznolikost organa vida i karakteristike njihove strukture;
3. pokazati temeljno jedinstvo prirodnih nauka;
4. promovirati razvoj vještina rada sa udžbenikom, dodatnom literaturom i računarom;
5. upoznati se sa procesima koji osiguravaju percepciju vizuelnih slika, najčešćim vidnim nedostacima – kratkovidnošću i dalekovidošću;
6. zaštita sažetaka u elektronskom obliku.

Oprema: kamera i njen model, model oka, tabele „Vizuelni analizator“, kompjuter, multimedijalni projektor.

U savremenom svijetu informacije primate na nove načine: putem kompjutera, interneta. Ove informacije se bolje apsorbiraju i predstavljaju dopunu tradicionalnim metodama. Nije slučajno što kažu: "Bolje je jednom vidjeti nego sto puta čuti."

NASTAVNIK BIOLOGIJE: Predstavljamo Vam prezentaciju „Vizuelni analizator beskičmenjaka“ koju je napravila prva grupa.

Vidjeli smo da vizualni analizator postaje složeniji ne samo kod jednoćelijskih organizama, već i kod kičmenjaka. Čak i kod iste strukture oka, postoje mnoge razlike povezane s ekološkim karakteristikama vrste.

NASTAVNIK BIOLOGIJE: Zahvaljujući organu vida vidimo čitavu paletu boja, divimo se prirodi, a sve to jer posebne ćelije oka osetljive na svetlost, čunjići, daju vid boja. Čitav asortiman se sastoji od tri boje: crvene, zelene i ljubičaste. Svaka od ovih boja upija različite valne dužine i njihovo miješanje daje sve ostale boje. Prezentacija br. 3: “Percepcija boja”.

NASTAVNIK FIZIKE: U savremenom svijetu ima mnogo više ljudi sa oštećenjima vida i ovi se nedostaci stječu mnogo brže nego prije 10 godina. Razlog tome su kompjuter, TV, igraće konzole itd. Dakle, shvatili ste da je sljedeća prezentacija “Defekti vida” i kako ih spriječiti.

NASTAVNIK FIZIKE: Dalton je rekao: "Ako vidite "lava" na kavezu sa tigrom, ne vjerujte svojim očima!" Budući da „Um ne može gledati na svijet kroz oko, već kroz oko...“ Posljednja poruka je o optičkim iluzijama. Prezentacija br. 5: “Iluzije”.

NASTAVNIK BIOLOGIJE: Neverovatno, ali ljudi često ne cene ono što im je dato od prirode. Poruke vaših kolega iz razreda još jednom dokazuju da je oko veoma složen optički sistem, i da nije uvek savršen. Narušena je masom urođenih, stečenih i starosnih promjena koje zahtijevaju pravovremenu korekciju i liječenje. Vizija je naše bogatstvo, prema kojem se mora pažljivo odnositi od ranog djetinjstva.

Reference:

• Enciklopedija "Nauka", ROSMEN, 2000
• Biologija, 9. razred, Batuev A.S., DROFA, 1996
• Vizuelni analizator: od jednoćelijskih organizama do ljudi, G.N. Tihonova, N.Yu Feoktistova, Biblioteka „Prvi septembar“, 2006
• Enciklopedija “Sve o svemu” za djecu
• Knjiga za čitanje o ljudskoj anatomiji, fiziologiji i higijeni, I.D. Zverev, PROSVJETENJE, 1983
• Enciklopedija za djecu. Biologija, tom 2, AVANTA +, 1994
• Enciklopedija za djecu. fizika. AVANTA +, 1994
• Biologija. Planovi časova prema udžbeniku N.I. Sonina i M.R. Sapina, 8. razred, UČITELJICA, 2007

Razvojni biolozi odavno poznaju gen Brachyury, čiji produkt kod životinja regulira razvoj primarnih embrionalnih usta (blastopore), srednjeg zametnog sloja (mezoderma), a kod predstavnika tipa hordata - notohorda. Dugo se vjerovalo da niko osim višećelijskih životinja nema gen Brachyury br. Ali sada je poznato da mnogi jednoćelijski organizmi i gljive imaju ovaj gen; Očigledno, prisustvo gena kao Brachyury, je zajednička jedinstvena karakteristika evolucijske grane opisthokonta, koja uključuje višećelijske životinje, gljive i njihove jednoćelijske srodnike. Štaviše, funkcija ovog gena je vrlo stabilna: eksperimentalno je pokazano da je genski proizvod Brachyury preuzeto iz amebe Capsaspora, može da učestvuje u razvoju žabe.

"Regulacija transkripcije je centralni aspekt razvoja životinja". Ovom frazom počinje novi članak o evoluciji regulatornih gena, među čijim autorima je i poznati španjolski protistolog Iñaki Ruiz-Trillo. Zaista, razvoj životinjskog tijela je direktno kontroliran genima u svim fazama osim u najranijim (vidi: Da li su embrionima potrebni geni?, “Elementi”, 05/08/2007). Transkripcija je sinteza genskog proizvoda (messenger RNA, na osnovu koje se potom sintetiše protein). Jednostavno rečeno, kada se gen transkribuje, on se uključuje, kada nije, isključuje se. Svaka ćelija ima genske proizvode koji su u njoj „uključeni“, a u njoj nema (po pravilu) genskih proizvoda koji su „isključeni“; To, zapravo, određuje razlike između stanica u višećelijskom organizmu.

Problem je što je za razvoj cijele životinje potrebno mnogo proizvoda iz različitih gena. Nemoguće je uključiti sve ove gene odjednom. One se uzastopno okreću jedna na drugu, djelujući preko svojih konačnih proizvoda - proteina (slika 2).

Dakle, da bismo saznali kako funkcionira nečiji individualni razvoj, prvo moramo saznati kako se geni u njemu uključuju i isključuju. Barem je ova tačka gledišta sada prilično uobičajena; Upravo to izražava citirana fraza iz članka. U dobru ili u zlu, moderna razvojna biologija životinja je veoma „genocentrična”: ona često posmatra sav razvoj kao niz međusobno povezanih činova transkripcije.

Protein čija je funkcija uključiti ili isključiti gene obično se naziva transkripcijski faktor. Geni su dijelovi molekule DNK, tako da protein faktora transkripcije mora biti "sposoban" da se veže za DNK. U tu svrhu koristi se posebna regija proteinske molekule - domena za vezanje DNK.

Postoje različite vrste domena za vezivanje DNK. Najpoznatiji od njih se zove homeodomena; to je specifična regija od 60 aminokiselina prisutnih u mnogim regulatornim proteinima u životinjama i biljkama. Geni koji kodiraju proteine ​​koji sadrže homeodomenu nazivaju se homeobox geni (homeobox je regija gena koja kodira homeodomen). Homeobox geni uključuju mnoge različite gene koji reguliraju embrionalni razvoj organizama kroz svoje proizvode, uključujući Hox gene uobičajene kod životinja (vidi, na primjer: Novo u nauci o čuvenim Hox genima, regulatorima razvoja, “Elementi”, 10.10.2006.).

Drugi važan tip domena koji se vezuje za DNK naziva se T-box. Ovo je proteinska regija koja se sastoji od 180-200 aminokiselina, koja takođe "zna kako" da se specifično veže za DNK, iako to radi drugačije od homeodomena. Geni koji kodiraju proteine ​​sa T-kutijom se nazivaju T-box geni (vidi, na primjer: Naiche et al., 2005. T-box geni u razvoju kralježnjaka). Ovi geni su karakteristični za životinje. Njihovi proizvodi su uključeni u regulaciju razvoja srca, udova, mozga i mnogih drugih organa.

Posebnu pažnju evolucionih biologa dugo je privlačio gen T-box, koji je tzv. Brachyury. Područja aktivnosti ovog gena nalaze se, prvo, oko primarnih embrionalnih usta (blastopore) i, drugo, u srednjem sloju zametnih ćelija (mezoderma), a uglavnom u onim dijelovima mezoderma iz kojih se formira aksijalni skelet, mišići. i nastaju zidovi celima - sekundarna tjelesna šupljina. A budući da je ovaj gen prisutan u velikom broju životinja, moguće su zanimljive usporedbe između njih. Na primjer, podaci o radu gena Brachyury u koraljnim polipima potvrđuju takozvanu enterokoelnu teoriju o nastanku celima, prema kojoj su celimske šupljine viših višećelijskih organizama nastale iz crijevnih izraslina (vidi: Technau, Scholtz, 2003. Postanak i evolucija endoderma i mezoderma).

Gene Brachyury izuzetno važan za razvoj najstarijeg dijela skeleta kičmenjaka - notohorde. Potonji nije sačuvan u odrasloj dobi kod svih kralježnjaka, ali je svakako prisutan u embrionima; Bez notohorde, ni mozak ni kičma ne mogu se normalno razvijati. Osim toga, ljudi ponekad imaju tumor koji se sastoji od tkiva nalik akordima - hordoma. U ćelijama hordoma gen Brachyury aktivan, kao u ćelijama embrionalnog notohorda; Štaviše, to je toliko dobro izraženo da je dijagnostički marker za ovu vrstu tumora.

Sve navedene funkcije gena T-boxa odnose se samo na višećelijske životinje i nemaju smisla nikome drugom. Zaista, jednoćelijske životinje nemaju srce, udove, mozak, usta, celim, notohordu. Čini se da se uz pomoć ovih gena ne može ništa regulirati. Za istraživače je bilo sasvim prirodno pretpostaviti da su T-box geni, kao i mnogi drugi geni sa sličnim funkcijama, nastali otprilike istovremeno s višećelijnošću. Najprimitivnije višećelijske životinje - spužve - već ih imaju.

Međutim, prije tri godine, 2010., u amebi je otkriven gen T-box Capsaspora owczarzaki(Sl. 1), koji je jednoćelijski organizam i ne pripada životinjama. I otprilike u isto vrijeme se pokazalo da neke gljive imaju T-box gene. Dakle, ovi geni nisu jedinstveni za višećelijske životinje. Ali ko ih još ima, a ko nema?

Da bi došao do dna ovoga, tim istraživača iz Španije, Sjedinjenih Država i Kanade poduzeo je pretragu svih opisanih genoma (skupova gena) i transkriptoma (skupova genskih proizvoda) biljaka, gljiva, flagelata i svih ostalih eukariota. , odnosno organizmi sa ćelijskim jezgrom. Rezultati su bili sljedeći:

1. T-box geni i njihovi proteini prisutni su u nekim amebama i kod većine poznatih predstavnika grupe Mesomycetozoea, koju čine srodnici životinja sličnih amebi sa složenim životnim ciklusima (vidi: Jezgra mezomicetozoa dijele se sinhrono, poput životinjskih embrija, “Elementi”, 06/05/2013). Takođe, mnoge gljive imaju ove gene, iako ne sve.

2. Ovratnici (Choanoflagellata), koji se smatraju najbližim jednoćelijskim srodnicima životinja, nemaju T-box gene. Ne nalaze se ni u višim gljivama (Dikarya), koje uključuju, posebno, dobro poznate pečurke.

3. Bez izuzetka, svi organizmi u kojima se nalaze geni T-boxa pripadaju grupi opistokonta. Ovo je ogromna grana eukariota, koja uključuje metazoane, ovratnike, mezomiketozoe, gljive i neke amebe. Nije bilo moguće pronaći T-box gene u eukariotima koji nisu postoflagelati (na primjer, u biljkama). Očigledno je ovo zajednička i jedinstvena karakteristika grupe Opisthokonta.

4. Iz položaja ogrličastih flagelata i viših gljiva na evolucijskom stablu, proizilazi da su ove grupe najvjerovatnije nekada imale i T-box gene, ali su ih potom izgubile (Sl. 3).

Štaviše, i kod mesomycetozoa i kod ameba Capsaspora Već postoji nekoliko T-box gena – kao kod višećelijskih životinja (slika 3). Ovde je evolucija uspela da ode prilično daleko: na osnovu jednog gena nastala je čitava porodica gena. Zanimljivo je da su po ovoj osobini mesomycetozoans i Capsaspora ispostavilo se da su mnogo bliži višećelijskim životinjama od bičastih ovratnika, koji se tradicionalno smatraju njihovim najbližim rođacima ili čak precima.

I pokazalo se da je najstariji gen T-box isti gen Brachyury, čiji produkt reguliše razvoj blastopora i mezoderma kod životinja. Imaju ga svi koji imaju barem neke T-box gene. Ako neko (budžet, na primjer) ima samo jedan T-box gen, onda je to gen Brachyury. Svi ostali T-box geni su evoluirali iz njega.

Je li se funkcija ovog gena promijenila na evolucijskom putu od jednoćelijskih stvorenja do životinja? Institut za evolucijsku biologiju u Barseloni (Institut de Biologia Evolutiva, IBE) odlučio je to eksperimentalno testirati. Za istraživanje su uzeta dva organizma: već spomenuta ameba Capsaspora owczarzaki i dugogodišnji, počasni objekt razvojne biologije - žaba s kandžama Xenopus laevis.

Prvo djelovanje gena Brachyury u embrionu žabe je blokiran upotrebom vještačke RNA interferencije. To je dovelo do potpuno očekivanog rezultata: poremećen je proces formiranja mezoderma u žabi, a aksijalni mišići su bili nedovoljno razvijeni. Ali ako na vrijeme unesete informacijsku RNK u takav embrij Brachyury, dobijen iz kapsaspore , ovi prekršaji su djelimično nadoknađeni (slika 4). Gene proizvodi Brachyury kapsaspore i žabe su toliko slične strukture da su zamjenjive! Takvo očuvanje funkcije regulatornog gena - od amebe do kralježnjaka - čak i na pozadini našeg modernog znanja izgleda izvanredno. Pogotovo imajući u vidu da je zajednički predak kapsaspore i žabe, od kojih su oboje naslijedili gen Brachyury, najvjerovatnije su živjeli prije više od milijardu godina (vidjeti: Parfrey et al., 2011. Procjena vremena rane eukariotske diversifikacije s multigenskim molekularnim satovima).

Istovremeno, ne može se reći da su funkcije gena T-boxa kod jednoćelijskih organizama i višećelijskih životinja potpuno iste. Na primjer, kod žabe proizvod gena Brachyury ima snažan aktivirajući efekat na gen Wnt11, mnogo slabije - po genu Sox17 i uopšte ne utiče na gen chordin(koji se, međutim, aktivira proizvodom drugog T-box gena). Ali ako žabi ubrizgate genski proizvod Brachyury, dobijenog iz kapsaspore, pokazalo se da djeluje podjednako na sva tri ciljna gena: ovdje još nije razvijena specifičnost, a nije došlo do razdvajanja funkcija. Mehanizmi djelovanja T-box gena nisu dati jednom za svagda: oni evoluiraju, samo vrlo sporo. U evoluciji životinja jasno se može vidjeti kako novi geni koji se pojavljuju u ovoj porodici "dijele" različite funkcije među sobom.

Dakle, gen Brachyury- ovo je jedan od najstarijih gena koji reguliraju razvoj višećelijskih životinja (vidi, na primjer: Pokazalo se da su Hox geni evolucijski varijabilniji nego što se ranije mislilo, “Elementi”, 10/12/2013). Ovaj gen je star preko milijardu godina. Ostaje otvoreno vrlo zanimljivo pitanje: na koje fiziološke procese, zapravo, može utjecati gen koji je kod kralježnjaka (na primjer) odgovoran za razvoj notohorde i aksijalnih mišića kod ameba i gljiva? Vjerovatno ćemo uskoro saznati.