Organizm jednokomórkowy - Unicellular organism

Organizm jednokomórkowy
Valonia ventricosa , gatunek alg o średnicy, która zwykle waha się od 1 do 4 centymetrów (0,39 do 1,57 cala), jest jednym z największych gatunków jednokomórkowych

Jednokomórkowe organizmy , znany również jako jednokomórkowego organizmu , to organizm , który składa się z jednego ogniwa , w odróżnieniu od organizmów wielokomórkowych , które składa się z wielu komórek. Organizmy jednokomórkowe dzielą się na dwie ogólne kategorie: organizmy prokariotyczne i organizmy eukariotyczne . Wszystkie prokariota są jednokomórkowe i dzielą się na bakterie i archeony . Wiele eukariontów jest wielokomórkowych, ale wiele jest jednokomórkowych, takich jak pierwotniaki , jednokomórkowe glony i jednokomórkowe grzyby . Uważa się, że organizmy jednokomórkowe są najstarszą formą życia, a wczesne protokomórki prawdopodobnie pojawiły się 3,8–4,0 miliarda lat temu.

Chociaż niektóre prokariota żyją w koloniach , nie są wyspecjalizowanymi komórkami o różnych funkcjach. Organizmy te żyją razem, a każda komórka musi przeprowadzić wszystkie procesy życiowe, aby przetrwać. W przeciwieństwie do tego, nawet najprostsze organizmy wielokomórkowe mają komórki, które są od siebie zależne, aby przetrwać.

Większość organizmów wielokomórkowych ma jednokomórkowy etap cyklu życia. Gamety , na przykład, są unikomórkami rozrodczymi organizmów wielokomórkowych. Ponadto wydaje się, że wielokomórkowość ewoluowała niezależnie wiele razy w historii życia.

Niektóre organizmy są częściowo jednokomórkowe, jak np. Dictyostelium discoideum . Dodatkowo organizmy jednokomórkowe mogą być wielojądrowe , takie jak Caulerpa , Plasmodium i Myxogastria .

Hipoteza ewolucyjna

Prymitywne protokomórki były prekursorami dzisiejszych organizmów jednokomórkowych. Chociaż pochodzenie życia jest nadal w dużej mierze tajemnicą, w obecnie panującej teorii, znanej jako hipoteza świata RNA , wczesne cząsteczki RNA byłyby podstawą do katalizowania organicznych reakcji chemicznych i samoreplikacji.

Kompartmentalizacja była konieczna, aby reakcje chemiczne były bardziej prawdopodobne, a także zróżnicowanie reakcji ze środowiskiem zewnętrznym. Na przykład, wczesny rybozym replikujący RNA może replikować inne rybozymy replikujące o różnych sekwencjach RNA, jeśli nie są trzymane oddzielnie. Takie hipotetyczne komórki z genomem RNA zamiast zwykłego genomu DNA nazywane są „ rybokomórkami ” lub „rybocytami”.

Kiedy substancje amfifilowe, takie jak lipidy, są umieszczane w wodzie, hydrofobowe (bojące się wody) ogony agregują, tworząc micele i pęcherzyki , z hydrofilowymi (lubiącymi wodę) końcami skierowanymi na zewnątrz. Komórki prymitywne prawdopodobnie wykorzystywały samoorganizujące się pęcherzyki kwasów tłuszczowych, aby oddzielić reakcje chemiczne od środowiska. Ze względu na ich prostotę i zdolność do samoorganizacji w wodzie, prawdopodobnie te proste membrany poprzedzały inne formy wczesnych cząsteczek biologicznych.

Prokariota

Prokariota nie mają organelli związanych z błoną, takich jak mitochondria lub jądro . Zamiast tego większość prokariontów ma nieregularny region, który zawiera DNA, znany jako nukleoid . Większość prokariontów ma pojedynczy, kołowy chromosom , w przeciwieństwie do eukariontów, które zazwyczaj mają chromosomy liniowe. Odżywczo prokarionty mają zdolność wykorzystywania szerokiej gamy materiałów organicznych i nieorganicznych do wykorzystania w metabolizmie, w tym siarki, celulozy, amoniaku lub azotynów. Prokariota są stosunkowo wszechobecne w środowisku, a niektóre (znane jako ekstremofile) rozwijają się w ekstremalnych środowiskach.

Bakteria

Nowoczesne stromatolity w Shark Bay w Australii Zachodniej. Może minąć stulecie, zanim stromatolit wyrośnie 5 cm.

Bakterie są jedną z najstarszych form życia na świecie i można je znaleźć praktycznie wszędzie w przyrodzie. Wiele pospolitych bakterii ma plazmidy , które są krótkimi, kolistymi, samoreplikującymi się cząsteczkami DNA, które są oddzielone od bakteryjnego chromosomu. Plazmidy mogą przenosić geny odpowiedzialne za nowe zdolności, o krytycznym obecnie znaczeniu, jakim jest oporność na antybiotyki. Bakterie rozmnażają się głównie bezpłciowo w procesie zwanym rozszczepieniem binarnym . Jednak około 80 różnych gatunków może przejść proces płciowy określany jako naturalna transformacja genetyczna . Transformacja to bakteryjny proces przenoszenia DNA z jednej komórki do drugiej i najwyraźniej jest adaptacją do naprawy uszkodzeń DNA w komórce biorcy. Ponadto plazmidy mogą być wymieniane przez zastosowanie pilusa w procesie znanym jako koniugacja .

Fotosyntetyczne cyjanobakterie są prawdopodobnie bakteriami odnoszącymi największe sukcesy i zmieniły wczesną atmosferę Ziemi poprzez jej natlenienie. Stromatolity , struktury złożone z warstw węglanu wapnia i uwięzionego osadu pozostałego po sinicach i związanych z nimi bakteriach wspólnotowych, pozostawiły po sobie rozległe zapisy kopalne. Istnienie stromatolitów stanowi doskonały zapis rozwoju sinic, które są reprezentowane w archaikach (4 miliardy do 2,5 miliarda lat temu), proterozoiku (od 2,5 miliarda do 540 milionów lat temu) i fanerozoiku (540 milionów lat temu do współczesność) eony. Wiele skamieniałych stromatolitów świata można znaleźć w Australii Zachodniej . Odkryto tam jedne z najstarszych stromatolitów, niektóre sprzed około 3430 milionów lat.

Starzenie klonalne występuje naturalnie u bakterii i jest najwyraźniej spowodowane akumulacją uszkodzeń, które mogą wystąpić nawet przy braku zewnętrznych stresorów.

Archea

Społeczność zamieszkująca dno znaleziona głęboko w europejskiej Arktyce.

Komory hydrotermalne uwalniają ciepło i siarkowodór , umożliwiając ekstremofilom przetrwanie dzięki wzrostowi chemolitotroficznemu . Archaea są ogólnie podobne z wyglądu do bakterii, stąd ich pierwotna klasyfikacja jako bakterie, ale mają znaczące różnice molekularne, w szczególności w strukturze błony i rybosomalnego RNA. Poprzez sekwencjonowanie rybosomalnego RNA odkryto, że Archaea najprawdopodobniej oddzieliły się od bakterii i były prekursorami współczesnych eukariontów, a w rzeczywistości są bardziej filogenetycznie spokrewnione z eukariontami. Jak sugeruje ich nazwa, Archaea pochodzi od greckiego słowa archaios, które oznacza oryginalne, starożytne lub prymitywne.

Niektóre archeony zamieszkują najbardziej nieprzyjazne biologicznie środowiska na Ziemi i uważa się, że pod pewnymi względami naśladują one wczesne, surowe warunki, na które prawdopodobnie narażone było życie. Przykłady tych ekstremofili Archaean są następujące:

Metanogeny stanowią znaczącą podgrupę archeonów i obejmują wiele ekstremofili, ale są również wszechobecne w środowiskach podmokłych, a także w przeżuwaczach i jelitach zwierząt. Proces ten wykorzystuje wodór do redukcji dwutlenku węgla do metanu, uwalniając energię do użytecznej postaci trifosforanu adenozyny . Są jedynymi znanymi organizmami zdolnymi do produkcji metanu. W stresujących warunkach środowiskowych, które powodują uszkodzenia DNA , niektóre gatunki archeonów agregują i przenoszą DNA między komórkami. Wydaje się, że funkcją tego transferu jest zastąpienie informacji o uszkodzonej sekwencji DNA w komórce biorcy informacjami o nieuszkodzonej sekwencji z komórki dawcy.

Eukarionty

Komórki eukariotyczne zawierają organelle związane z błoną, takie jak mitochondria, jądro i chloroplasty . Komórki prokariotyczne prawdopodobnie przekształciły się w komórki eukariotyczne między 2,0 a 1,4 miliarda lat temu. To był ważny krok w ewolucji. W przeciwieństwie do prokariontów, eukarionty rozmnażają się za pomocą mitozy i mejozy . Seks wydaje się być wszechobecnym i pradawnym, nieodłącznym atrybutem życia eukariotycznego . Mejoza, prawdziwy proces seksualny, pozwala na skuteczną rekombinacyjną naprawę uszkodzeń DNA i większy zakres różnorodności genetycznej poprzez łączenie DNA rodziców, a następnie rekombinację . Funkcje metaboliczne u eukariontów są również bardziej wyspecjalizowane dzięki podziałowi określonych procesów na organelle.

Teoria endosymbiotycznymi utrzymuje, że mitochondria i chloroplasty mają pochodzenie bakteryjne. Oba organelle zawierają własne zestawy DNA i mają rybosomy podobne do bakterii. Jest prawdopodobne, że współczesne mitochondria były kiedyś gatunkiem podobnym do Rickettsia , z pasożytniczą zdolnością wnikania do komórki. Jednakże, gdyby bakterie były zdolne do oddychania, byłoby korzystne dla większej komórki, aby umożliwić pasożytowi życie w zamian za energię i detoksykację tlenu. Chloroplasty prawdopodobnie stały się symbiontami przez podobny zestaw zdarzeń i są najprawdopodobniej potomkami sinic. Chociaż nie wszystkie eukarionty mają mitochondria lub chloroplasty, mitochondria występują u większości eukariontów, a chloroplasty znajdują się we wszystkich roślinach i algach. Fotosynteza i oddychanie są zasadniczo odwrotnością siebie, a pojawienie się oddychania połączonego z fotosyntezą umożliwiło znacznie większy dostęp do energii niż sama fermentacja .

pierwotniaki

Paramecium tetraurelia , orzęsek , z widocznym bruzdą w jamie ustnej

Pierwotniaki są w dużej mierze definiowane przez ich sposób poruszania się, w tym wici , rzęski i pseudopodia . Podczas gdy klasyfikacja pierwotniaków toczyła się poważna debata spowodowana ich czystą różnorodnością, w jednym systemie istnieje obecnie siedem typów rozpoznawanych w królestwie pierwotniaków: Euglenozoa , Amoebozoa , Choanozoa sensu Cavalier-Smith, Loukozoa , Percolozoa , Microsporidia i Sulcozoa . Pierwotniaki, podobnie jak rośliny i zwierzęta, można uznać za heterotrofy lub autotrofy. Autotrofy, takie jak Euglena, są w stanie wytwarzać swoją energię za pomocą fotosyntezy, podczas gdy heterotroficzne pierwotniaki spożywają pokarm, albo przepuszczając go przez lejek przypominający usta, albo pochłaniając go przez pseudostrągi, formę fagocytozy . Podczas gdy pierwotniaki rozmnażają się głównie bezpłciowo, niektóre pierwotniaki są zdolne do rozmnażania płciowego. Do pierwotniaków o zdolnościach płciowych należą patogenne gatunki Plasmodium falciparum , Toxoplasma gondii , Trypanosoma brucei , Giardia duodenalis i gatunki Leishmania .

Ciliophora lub orzęski to grupa protistów, która wykorzystuje rzęski do poruszania się. Przykłady obejmują Paramecium , Stentory i Vorticella . W prawie wszystkich środowiskach, w których można znaleźć wodę, rzęski są szeroko rozpowszechnione, a rzęski biją rytmicznie w celu napędzania organizmu. Wiele orzęsków ma trichocysty , które są organellami podobnymi do włóczni, które można uwolnić, aby złapać zdobycz, zakotwiczyć się lub do obrony. Orzęski są również zdolne do rozmnażania płciowego i wykorzystują dwa unikalne dla orzęsków jądra: makrojądro do normalnej kontroli metabolicznej i oddzielne mikrojądro, które podlega mejozie. Przykładami takich orzęsków są Paramecium i Tetrahymena, które prawdopodobnie wykorzystują rekombinację mejotyczną do naprawy uszkodzeń DNA nabytych w stresujących warunkach.

Amebozoa wykorzystują pseudopodia i przepływ cytoplazmatyczny do poruszania się w swoim środowisku. Entamoeba histolytica jest przyczyną czerwonki amebowej. Entamoeba histolytica wydaje się być zdolna do mejozy .

Algi jednokomórkowe

Obraz okrzemki ze skaningowego mikroskopu elektronowego

Algi jednokomórkowe są roślinopodobnymi autotrofami i zawierają chlorofil . Obejmują one grupy, które mają zarówno gatunki wielokomórkowe, jak i jednokomórkowe:

  • Euglenophyta , wiciowce, głównie jednokomórkowe glony, które często występują w słodkiej wodzie. W przeciwieństwie do większości innych alg, nie mają ścian komórkowych i mogą być miksotroficzne (zarówno autotroficzne, jak i heterotroficzne). Przykładem jest Euglena gracilis .
  • Chlorophyta (zielone algi), głównie jednokomórkowe glony występujące w słodkiej wodzie. Chlorofity mają szczególne znaczenie, ponieważ uważa się, że są najbliżej spokrewnione z ewolucją roślin lądowych.
  • Okrzemki , jednokomórkowe glony, które mają krzemionkowe ściany komórkowe. Są najliczniejszą formą glonów w oceanie, chociaż można je znaleźć również w wodach słodkich. Stanowią one około 40% światowej produkcji morskiej i wytwarzają około 25% światowego tlenu. Okrzemki są bardzo zróżnicowane i obejmują około 100 000 gatunków.
  • Dinoflagellates , jednokomórkowe wiciowce, niektóre z nich są opancerzone celulozą . Dinoflagellates mogą być miksotroficzne i są algami odpowiedzialnymi za czerwony przypływ . Niektóre bruzdnice, takie jak Pyrocystis fusiformis , są zdolne do bioluminescencji .

Grzyby jednokomórkowe

Obraz z transmisyjnego mikroskopu elektronowego pączkujących Ogataea polymorpha

Do grzybów jednokomórkowych należą drożdże . Grzyby występują w większości siedlisk, choć większość występuje na lądzie. Drożdże rozmnażają się poprzez mitozę, a wiele z nich wykorzystuje proces zwany pączkowaniem , w którym większość cytoplazmy jest utrzymywana przez komórkę macierzystą. Saccharomyces cerevisiae fermentuje węglowodany na dwutlenek węgla i alkohol i jest używany do produkcji piwa i chleba. S. cerevisiae jest również ważnym organizmem modelowym, ponieważ jest organizmem eukariotycznym, który jest łatwy w hodowli. Jest używany do badania nowotworów i chorób neurodegeneracyjnych, a także do zrozumienia cyklu komórkowego . Co więcej, badania z wykorzystaniem S. cerevisiae odegrały kluczową rolę w zrozumieniu mechanizmu rekombinacji mejotycznej i adaptacyjnej funkcji mejozy . Candida spp . są odpowiedzialne za kandydozę , powodującą infekcje jamy ustnej i (lub) gardła (znane jako pleśniawki) oraz pochwy (powszechnie nazywane drożdżakami).

Makroskopowe organizmy jednokomórkowe

Większość organizmów jednokomórkowych ma mikroskopijne rozmiary i dlatego jest klasyfikowana jako mikroorganizmy . Jednak niektóre jednokomórkowe protisty i bakterie są makroskopowe i widoczne gołym okiem. Przykłady obejmują:

Zobacz też

Bibliografia