Эволюция простейших организмов кратко
Обновлено: 05.07.2024
Происхождение простейших. Ученые считают, что саркодовые и жгутиковые - самые древние простейшие. Они произошли от древних жгутиковых около 1,5 млрд лет назад. Инфузории - более высокоорганизованные животные - появились позднее. Существование жгутиковых, имеющих хлоропласты, свидетельствует о родстве и общности происхождения простейших и одноклеточных водорослей от древнейших жгутиковых.
Значение простейших. Многие простейшие, особенно инфузории, участвуют в самоочищении водоемов, служат пищей малькам рыб, мелким рачкам, которые поедаются крупными рыбами и другими животными. Из раковинок таких простейших, как радиолярии и фораминиферы, в течение тысячелетий образовались громадные отложения мела и известняка. Среди простейших много паразитов. Дизентерийная амеба, внедрившись в оболочку толстого кишечника человека и размножаясь в ней, вызывает образование язв, поглощает красные кровяные тельца крови. Жгутиконосец лямблия паразитирует в тонком кишечнике и желчных протоках печени человека (преимущественно детей), вызывая воспаление желчного пузыря и кишечные расстройства. Инфузория балантидий в тканях кишечника питается клетками крови. Наибольшее количество паразитов человека и животных имеется в типе споровиков. Один из них - малярийный паразит - вызывает изнурительную болезнь малярию. Малярийные паразиты внедряются в красные кровяные тельца крови человека и питаются их содержимым. Распространители малярийных паразитов - малярийные комары. Другой представитель типа споровиков - кокцидия - паразитирует в кишечнике кур, кроликов, зайцев и других животных, вызывая нередко массовую гибель молодняка.
Все организмы на Земле делятся на две большие группы — клеточные и неклеточные. К последним относятся только вирусы, а к первым — все остальные живые существа. Клеточные могут быть эукариотами (имеют в строении клетки ядро) или прокариотами (ядро отсутствует). Последние представлены бактериями, а к первым относятся все остальные группы существ. Строение большинства из них состоит из множества клеток, но существуют в этой группе одноклеточные организмы, растения, грибы и даже животные. К последним можно отнести амебу, инфузорию, к грибам — дрожжи, мукор, пеницилл.
Структура клеток одноклеточных растений Данные организмы относятся к эукариотам, то есть их ДНК находится в ядре, которое выполняет защитную функцию. Как и все растительные клетки, они содержат специфические органеллы, такие как вакуоли и пластиды. Также в их строение входят митохондрии, лизосомы, рибосомы, комплекс Гольджи и эндоплазматический ретикулум, то есть набор органелл, стандартный для всех эукариотов. Функции органоидов Митохондрии выполняют одну из самых важных ролей в клетке — в них вырабатывается энергия для всех процессов жизнедеятельности. Лизосомы отвечают за внутриклеточное переваривание питательных веществ. Функции рибосом заключаются в синтезе белков из отдельных аминокислот. В комплексе Гольджи синтезируются некоторые молекулы и сортируются все выработанные клеткой вещества. Эндоплазматический ретикулум также участвует в метаболизме, накапливая минералы, синтезируя липиды и фосфолипиды. Органеллы, которые присущи только растительным клеткам, также выполняют не менее важные функции. В хлоропластах происходит процесс фотосинтеза, а вакуоли выполняют роль резервуара для ненужных клетке веществ.
Одноклеточные растения. Примеры Такого рода организмы относятся к классу водорослей. Самым ярким примером одноклеточного растения является хламидомонада. Сюда же можно отнести хлореллу и различные виды диатомовых водорослей. Особенности строения Одноклеточные растения разных видов имеют свои отличительные черты. Хоть они все и состоят из одной клетки, но могут иметь свои специфические особенности. Хламидомонада — самый известный представитель одноклеточных водорослей. Они отличаются от других тем, что имеют такие органеллы, как светочувствительный глазок, при помощи которого организмы могут определить, где находится больше солнечной энергии для осуществления фотосинтеза. Вместо многочисленных хлоропластов у них имеется один большой, который называется хроматофор. Также в их строение входят сократительные вакуоли. Они выступают в роли насосов, которые откачивают лишню жидкость. Кроме того, они обладают двумя жгутиками-органоидами, которые позволяют организму передвигаться в сторону света. Еще одни одноклеточные растения — хлореллы. Как и хламидомонады, они относятся к зеленым водорослям, но не обладают таким количеством особенных органоидов, как описанные выше организмы. Их клетки — типичные растительные. Диатомовые водоросли также относятся к одноклеточным растениям. Они являются основной составляющей планктона, обитающего в крупных водоемах. У них есть специфическая клеточная оболочка, защищающая организм от внешней среды. Она состоит из диоксида кремния, оксидов железа, алюминия и других соединений. Из остатков этих оболочек формируются многие полезные ископаемые. В большинстве своем одноклеточные растения размножаются способом деления. Все подобного рода организмы добывают себе питательные вещества в процессе фотосинтеза, то есть являются автотрофами.
Хотя простейшие и являются наиболее просто организованными жи-вотными, однако несомненно, что первичные живые существа были гораздо более примитивны по своей организации, чем даже наиболее просто организованные из современных простейших. Простейшие животные прошли долгий путь исторического развития. Некоторые группы простейших достигли высокой организации (инфузории) и приспособились к самым различным условиям существования.
Какие же из современных простейших являются наиболее примитив-ными, наиболее древними и как можно представить себе филогенетические отношения между различными классами этого типа?
Многие зоологи полагают, что саркодовые, в частности голые амебы,— наиболее примитивные и древние из простейших животных. В этом убеждает более простая организация амеб по сравнению со жгутиковыми, не-постоянная форма их тела, псевдоподии как органеллы движения и т. п.
Однако некоторые факты как будто противоречат представлению о саркодовых как об исходной группе среди простейших. Прежде всего обращает на себя внимание то обстоятельство, что к классу жгутиковых относятся.. с одной стороны, чисто животные формы, а с другой,— несо-мненно, растительные зеленые организмы.
В 1914 г. Пашер поставил вопрос, что при решении проблемы фило-гении простейших решающее значение имеет способ питания. На основании того, что все саркодовые — типичные животные организмы с голозой- ным типом питания, а среди жгутиковых много аутотрофных организмов,, строящих органические вещества из неорганических путем фотосинтеза, Пашер и другие полагают, что наиболее древней группой простейших должны были быть аутотрофные жгутиковые. При этом формы, способные к миксотрофному питанию, например эвглены, показывают, как мог про-исходить в прошлом переход от фотосинтеза к гетеротрофному питанию. Однако такой взгляд, основывающийся на признании фотосинтеза более древним способом питания, нельзя считать правильным. Аутотрофное пи-тание связано с довольно сложной организацией клетки простейшего.
По вопросу, каковы по способу питания должны были быть первичные одноклеточные организмы, следует согласиться с А. И. Опариным, что на Земле ранее возникли сложные органические вещества, а затем первичные организмы. В таком случае первичные организмы могли питаться диффузно органическими веществами из окружающей среды.
Поэтому многие зоологи полагают, что из современных простейших животных наиболее древней группой нельзя признать современных жгутиковых, тем более что они обладают более высокой организацией по срав-нению с саркодовыми. С этой точки зрения современные жгутиковые — продукт длительной эволюции, приведшей к возникновению двух ветвей — голозойных и голофитных аутотрофных организмов.
Полагают, что предками всех простейших были примитивные ядерные гетеротрофные амебоидные организмы, от которых произошли примитивные жгутиковые. Они обладали как псевдоподиями, так и жгутиками, как это имеет место у современных корнежгутиковых. От последних форм образовались, и саркодовые, и более высокоорганизованные гетеротрофные, и аутотрофные жгутиковые. Такую точку зрения надо считать наиболее правильной. *
Фораминиферы, солнечники и радиолярии должны рассматриваться как группы саркодовых, происходящие от амебообразных предков, эволюция которых пошла в направлении специализации.
Инфузории, как мы видели, представляют собой наиболее сложно организованных простейших. Их происхождение неясно, в особенности если иметь в виду дифференцировку ядерного аппарата и характер полового процесса. Однако реснички, как уже было сказано, представляют собой органеллы, очень сходные по своему строению со жгутиками. Полагают, что ресничные инфузории составляют группу, очень давно отделившуюся от жгутиковых. Их эволюция шла по линии усложнения организации и по-лимеризации путем умножения ядер и двигательных органелл. У равно-ресничных мы наблюдаем значительную степень полимеризации, особенно ресничного аппарата, и дифференцирование различных органелл.
Дальнейшая эволюция инфузорий, несомненно, связана с еще большей дифференцировкой и в то же время олигомеризацией — уменьшением числа мембранелл, в частности, двигательного аппарата. Так, у брюхоресничных ресничный аппарат дифференцирован на мембранеллы, мембраны и т. д., а у малоресничных олигомеризация выражена в образовании сравнительно небольшого числа мембранелл.
Что касается сосущих инфузорий, то их связь с ресничными несомненна, но они утратили реснички в связи с приспособлением к особому способу питания.
Нельзя считать решенным вопрос о происхождении споровиков и книдоспоридий, организация и биология которых, как мы видели, представляет собой яркий пример приспособления к условиям жизни внутри клеток и тканей хозяина.
Класс споровиков, по-видимому, происходит от жгутиковых предков (для них характерны снабженные жгутиками гаметы). Класс книдоспори- дий, у представителей которого отсутствуют жгутиковые стадии, а зародыши похожи на маленьких амеб, возможно, связан в своем происхождении с саркодовыми. Не совсем ясен вопрос о принадлежности класса Cni- dosporidia к типу простейших, так как споры книдоспоридий представлены многоклеточными образованиями.
До 1950-х годов не удавалось обнаружить следы докембрийской жизни на уровне одноклеточных организмов, поскольку микроскопические остатки этих существ невозможно выявить обычными методами палеонтологии. Важную роль в их обнаружении сыграло открытие, сделанное в начале XX в. Ч. Уолкотом. В докембрийских отложениях на западе Северной Америки он нашел слоистые известняковые образования в виде столбов, названные позднее строматолитами. В 1954 г. было установлено, что строматолиты формации Ганфлинт (Канада) образованы остатками бактерий и сине-зеленых водорослей. У берегов Австралии обнаружены и живые строматолиты, состоящие из этих же организмов и очень сходные с ископаемыми докембрийскими строматолитами. К настоящему времени остатки микроорганизмов найдены в десятках строматолитов, а также в глинистых сланцах морских побережий.
Самые ранние из бактерий (прокариоты) существовали уже около 3,5 млрд. лет назад. К настоящему времени сохранились два семейства бактерий: древние, или археобактерии (галофильные, метановые, термофильные), и эубактерии (все остальные). Таким образом, единственными живыми существами на Земле в течение 3 млрд. лет были примитивные микроорганизмы. Возможно, они представляли собой одноклеточные существа, сходные с современными бактериями, например клостридиями, живущими на основе брожения и использования богатых энергией органических соединений, возникающих абиогенно под действием электрических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Следовательно, в эту эпоху живые существа были потребителями органических веществ, а не их производителями.
Рассмотрим подробнее особенности эволюции на клеточном уровне организации жизни. Наибольшее различие существует не между растениями, грибами и животными, а между организмами, обладающими ядром (эукариоты) и не имеющими его (прокариоты). Последние представлены низшими организмами – бактериями и сине-зелеными водорослями (цианобактерии, или цианеи), все остальные организмы – эукариоты, которые сходны между собой по внутриклеточной организации, генетике, биохимии и метаболизму.
Различие между прокариотами и эукариотами заключается еще и в том, что первые могут жить как в бескислородной (облигатные анаэробы), так и в среде с разным содержанием кислорода (факультативные анаэробы и аэробы), в то время как для эукариотов, за немногим исключением, обязателен кислород. Все эти различия имели существенное значение для понимания ранних стадий биологической эволюции.
Сравнение прокариот и эукариот по потребности в кислороде приводит к заключению, что прокариоты возникли в период, когда содержание кислорода в среде изменилось. Ко времени же появления эукариот концентрация кислорода была высокой и относительно постоянной.
Первые фотосинтезирующие организмы появились около 3 млрд. лет назад. Это были анаэробные бактерии, предшественники современных фотосинтезирующих бактерий. Предполагается, что именно они образовали самые древние среди известных строматолитов. Обеднение среды азотистыми органическими соединениями вызывало появление живых существ, способных использовать атмосферный азот. Такими организмами, способными существовать в среде, полностью лишенной органических углеродистых и азотистых соединений, являются фотосинтезирующие азотфиксирующие сине-зеленые водоросли. Эти организмы осуществляли аэробный фотосинтез. Они устойчивы к продуцируемому ими кислороду и могут использовать его для собственного метаболизма. Поскольку сине-зеленые водоросли возникли в период, когда концентрация кислорода в атмосфере колебалась, вполне допустимо, что они – промежуточные организмы между анаэробами и аэробами.
С уверенностью предполагается, что фотосинтез, в котором источником атомов водорода для восстановления углекислого газа является сероводород (такой фотосинтез осуществляют современные зеленые и пурпурные серные бактерии), предшествовал более сложному двустадийному фотосинтезу, при котором атомы водорода извлекаются из молекул воды. Второй тип фотосинтеза характерен для цианеи и зеленых растений.
Фотосинтезирующая деятельность первичных одноклеточных имела три последствия, оказавшие решающее влияние на всю дальнейшую эволюцию живого. Во-первых, фотосинтез освободил организмы от конкуренции за природные запасы абиогенных органических соединений, количество которых в среде значительно сократилось. Развившееся посредством фотосинтеза автотрофное питание и запасание питательных готовых веществ в растительных тканях создали затем условия для появления громадного разнообразия автотрофных и гетеротрофных организмов. Во-вторых, фотосинтез обеспечивал насыщение атмосферы достаточным количеством кислорода для возникновения и развития организмов, энергетический обмен которых основан на процессах дыхания. В-третьих, в результате фотосинтеза в верхней части атмосферы образовался озоновый экран, защищающий земную жизнь от губительного ультрафиолетового излучения космоса.
Еще одно существенное отличие прокариот и эукариот заключается в том, что у вторых центральным механизмом обмена является дыхание, у большинства же прокариот энергетический обмен осуществляется в процессах брожения. Сравнение метаболизма прокариот и эукариот приводит к выводу об эволюционной связи между ними. Вероятно, анаэробное брожение возникло на более ранних стадиях эволюции. После появления в атмосфере достаточного количества свободного кислорода аэробный метаболизм оказался намного выгоднее, так как при окислении углеводов в 8 раз увеличивается выход биологически полезной энергии в сравнении с брожением. Таким образом, к анаэробному метаболизму присоединился аэробный способ извлечения энергии одноклеточными организмами.
Когда же появились эукариотические клетки? На этот вопрос нет точного ответа, но значительное количество данных об ископаемых эукариотах позволяет сказать, что их возраст составляет около 1,5 млрд. лет. Относительно того, каким образом возникли эукариоты, существуют две гипотезы.
Одна из них (аутогенная гипотеза) предполагает, что эукариотическая клетка возникла путем дифференциации исходной прокариотической клетки. Вначале развился мембранный комплекс: образовалась наружная клеточная мембрана с впячиваниями внутрь клетки, из которой сформировались отдельные структуры, давшие начало клеточным органоидам. От какой именно группы прокариот возникли эукариоты, сказать невозможно.
Другую гипотезу (симбиотическую) предложила недавно американский ученый Маргулис. В ее обоснование она положила новые открытия, в частности обнаружение у пластид и митохондрий внеядерной ДНК и способности этих органелл к самостоятельному делению. Л. Маргулис предполагает, что эукариотическая клетка возникла вследствие нескольких актов симбиогенеза. Вначале произошло объединение крупной амебовидной прокариотной клетки с мелкими аэробными бактериями, которые превратились в митохондрии. Затем эта симбиотическая прокариотная клетка включила в себя спирохетоподобные бактерии, из которых сформировались кинетосомы, центросомы и жгутики. После обособления ядра в цитоплазме (признак эукариот) клетка с этим набором органелл оказалась исходной для образования царств грибов и животных. Объединение прокариотной клетки с цианеями привело к образованию пластидной клетки, что дало начало формированию царства растений. Гипотеза Маргулис разделяется не всеми и подвергается критике. Большинство авторов придерживается аутогенной гипотезы, более соответствующей дарвиновским принципам монофилии, дифференциации и усложнения организации в ходе прогрессивной эволюции.
В эволюции одноклеточной организации выделяются промежуточные ступени, связанные с усложнением строения организма, совершенствованием генетического аппарата и способов размножения.
Самая примитивная стадия – агатная прокариотная – представлена цианеями и бактериями. Морфология этих организмов наиболее проста в сравнении с другими одноклеточными (простейшими). Однако уже на этой стадии появляется дифференциация на цитоплазму, ядерные элементы, базальные зерна, цитоплазматическую мембрану. У бактерий известен обмен генетическим материалом посредством конъюгации. Большое разнообразие видов бактерий, способность существовать в самых разных условиях среды свидетельствуют о высокой адаптивности их организации.
Следующая стадия – агамная эукариотпая – характеризуется дальнейшей дифференциацией внутреннего строения с формированием высокоспециализированных органоидов (мембраны, ядро, цитоплазма, рибосомы, митохондрии и др.). Особо существенной здесь была эволюция ядерного аппарата – образование настоящих хромосом в сравнении с прокариотами, у которых наследственное вещество диффузно распределено по всей клетке. Эта стадия характерна для простейших, прогрессивная эволюция которых шла по пути увеличения числа одинаковых органоидов (полимеризация), увеличения числа хромосом в ядре (полиплоидизация), появления генеративных и вегетативных ядер – макронуклеуса и микронуклеуса (ядерный дуализм). Среди одноклеточных эукариотных организмов имеется много видов с агамным размножением (голые амебы, раковинные корненожки, жгутиконосцы).
Прогрессивным явлением в филогенезе простейших было возникновение у них полового размножения (гамогонии), которое отличается от обычной конъюгации. У простейших имеется мейоз с двумя делениями и кроссинговером на уровне хроматид, и образуются гаметы с гаплоидным набором хромосом. У некоторых жгутиковых гаметы почти неотличимы от бесполых особей и нет еще разделения на мужские и женские гаметы, т.е. наблюдается изогамия. Постепенно в ходе прогрессивной эволюции происходит переход от изогамии к анизогамии, или разделению генеративных клеток на женские и мужские, и к анизогамной копуляции. При слиянии гамет образуется диплоидная зигота. Следовательно, у простейших наметился переход от агамной эукариотной стадии к зиготной – начальной стадии ксеногамии (размножение путем перекрестного оплодотворения). Последующее развитие уже многоклеточных организмов шло по пути совершенствования способов ксеногамного размножения.
В настоящее время признано, что эукариоты произошли от прокариот. Об их единстве свидетельствует сходство процессов синтеза белка в клетке, универсальность генетического кода.
Существуют две гипотезы происхождения эукариот от прокариот:
1. Сукцессивная гипотеза утверждает, что мембранные органеллы клетки (ядро, митохондрии, пластиды, аппарат Гольджи) возникли постепенно (сукцессивно) из мембраны клеток прокариот.
2. Эндосимбиотическая гипотеза предполагает, что в эволюции эукариот большую роль сыграл симбиоз различных прокариот. Допускается, что митохондрии и хлоропласты могли развиться из симбиотических бактерий.
Большинство ученых предполагают, что предками современных простейших были древние саркомастигофоры с разнообразными способами питания и со жгутиками примитивного строения. От этих предковых форм развились три ветви:
Читайте также: