สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์แรก: กำเนิดลักษณะ - ชีววิทยา - 2025

เซลล์สิ่งมีชีวิตแรกตามหนึ่งในสมมติฐานที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดเริ่มต้นไปยังกลุ่มในอาณานิคมหรือในความสัมพันธ์ทางชีวภาพ เมื่อเวลาผ่านไปปฏิสัมพันธ์ระหว่างสมาชิกของอาณานิคมเริ่มร่วมมือกันและเป็นประโยชน์สำหรับทุกคน

แต่ละเซลล์ค่อยๆผ่านกระบวนการความเชี่ยวชาญสำหรับงานเฉพาะเพิ่มระดับการพึ่งพาเพื่อนร่วมทาง ปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการวิวัฒนาการทำให้มีสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนเพิ่มขนาดและยอมรับระบบอวัยวะที่แตกต่างกัน

สิ่งมีชีวิตในอาณานิคมเช่น Volvox ช่วยให้เราสามารถตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับลักษณะที่เป็นไปได้ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ของบรรพบุรุษ ที่มา: Frank Fox

สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เป็นสิ่งมีชีวิตที่ประกอบด้วยเซลล์หลายเซลล์เช่นสัตว์พืชเชื้อราบางชนิดเป็นต้น ปัจจุบันมีหลายทฤษฎีที่จะอธิบายที่มาของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์โดยเริ่มจากรูปแบบชีวิตเดียวที่รวมกลุ่มกันในภายหลัง

ทำไมสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จึงมีอยู่?

การเปลี่ยนจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวไปเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เป็นหนึ่งในคำถามที่น่าตื่นเต้นและเป็นที่ถกเถียงกันมากที่สุดในหมู่นักชีววิทยา อย่างไรก็ตามก่อนที่จะพูดถึงสถานการณ์ที่เป็นไปได้ที่ก่อให้เกิดหลายเซลล์เราต้องถามตัวเองว่าทำไมสิ่งมีชีวิตที่ประกอบด้วยเซลล์จำนวนมากจึงมีความจำเป็นหรือเป็นประโยชน์

ขนาดเซลล์และอัตราส่วนปริมาตรพื้นผิว (S / V)

เซลล์โดยเฉลี่ยที่เป็นส่วนหนึ่งของร่างกายของพืชหรือสัตว์มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 10 ถึง 30 ไมโครเมตร สิ่งมีชีวิตไม่สามารถขยายขนาดได้เพียงแค่ขยายขนาดของเซลล์เดียวเนื่องจากข้อ จำกัด ที่กำหนดโดยอัตราส่วนของพื้นที่ผิวต่อปริมาตร

ก๊าซที่แตกต่างกัน (เช่นออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์) ไอออนและโมเลกุลอินทรีย์อื่น ๆ จะต้องเข้าและออกจากเซลล์โดยข้ามพื้นผิวที่คั่นด้วยเยื่อพลาสมา

จากนั้นจะต้องแพร่กระจายไปทั่วปริมาตรทั้งหมดของเซลล์ ดังนั้นความสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่ผิวและปริมาตรจะต่ำกว่าในเซลล์ขนาดใหญ่ถ้าเราเปรียบเทียบกับพารามิเตอร์เดียวกันในเซลล์ขนาดใหญ่

เซลล์ขนาดใหญ่มากมีพื้นผิวการแลกเปลี่ยนที่ จำกัด

จากเหตุผลนี้เราสามารถสรุปได้ว่าพื้นผิวแลกเปลี่ยนลดลงตามสัดส่วนการเพิ่มขึ้นของขนาดเซลล์ ลองใช้ 4 ลูกบาศก์เซนติเมตรเป็นตัวอย่างที่มีปริมาณ 64 ซม³และพื้นที่ผิวของ 96 ซม. 2 อัตราส่วนจะเป็น 1.5 / 1

ในทางตรงกันข้ามถ้าเรานำลูกบาศก์เดียวกันมาแบ่งเป็น 8 ลูกบาศก์สองเซนติเมตรอัตราส่วนจะเป็น 3/1

ด้วยเหตุนี้หากสิ่งมีชีวิตเพิ่มขนาดซึ่งจะเป็นประโยชน์ในหลาย ๆ ด้านเช่นในการหาอาหารการเคลื่อนที่หรือการหลบหนีจากผู้ล่าจึงควรทำเช่นนั้นโดยการเพิ่มจำนวนเซลล์และทำให้มีพื้นผิวที่เพียงพอสำหรับสัตว์ กระบวนการแลกเปลี่ยน

ข้อดีของการเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ข้อดีของการเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์นั้นนอกเหนือไปจากการเพิ่มขนาดเท่านั้น ความหลากหลายของเซลล์ช่วยเพิ่มความซับซ้อนทางชีวภาพและการก่อตัวของโครงสร้างใหม่

ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดการวิวัฒนาการของเส้นทางความร่วมมือที่ซับซ้อนสูงและพฤติกรรมเสริมระหว่างหน่วยงานทางชีววิทยาที่ประกอบกันเป็นระบบ

ข้อเสียของการเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

แม้จะมีประโยชน์เหล่านี้ แต่เราพบตัวอย่างเช่นในเชื้อราหลายชนิด - การสูญเสียเซลล์หลายเซลล์กลับคืนสู่สภาพบรรพบุรุษของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

เมื่อระบบความร่วมมือระหว่างเซลล์ในร่างกายล้มเหลวผลเสียอาจส่งผล ตัวอย่างที่อธิบายได้มากที่สุดคือมะเร็ง อย่างไรก็ตามมีหลายช่องทางที่ในกรณีส่วนใหญ่จัดการเพื่อให้เกิดความร่วมมือ

สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์กลุ่มแรกคืออะไร?

จุดเริ่มต้นของการมีเซลล์หลายเซลล์ถูกย้อนกลับไปในอดีตที่ห่างไกลมากกว่า 1 พันล้านปีก่อนตามที่ผู้เขียนบางคนกล่าวไว้ (เช่น Selden & Nudds, 2012)

เนื่องจากรูปแบบการเปลี่ยนผ่านได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างไม่ดีในบันทึกฟอสซิลจึงไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับพวกมันและสรีรวิทยานิเวศวิทยาและวิวัฒนาการทำให้กระบวนการสร้างการสร้างเซลล์หลายเซลล์ที่เกิดขึ้นใหม่เป็นเรื่องยาก

ในความเป็นจริงไม่มีใครรู้ว่าซากดึกดำบรรพ์แรกเกิดเหล่านี้เป็นสัตว์พืชเชื้อราหรือเชื้อสายใด ๆ เหล่านี้ ซากดึกดำบรรพ์มีลักษณะเป็นสิ่งมีชีวิตพื้นราบมีพื้นที่ / ปริมาตรผิวสูง

วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

เนื่องจากสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ประกอบด้วยเซลล์หลายเซลล์ขั้นตอนแรกในการพัฒนาวิวัฒนาการของเงื่อนไขนี้ควรเป็นการจัดกลุ่มเซลล์ สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้หลายวิธี:

สมมติฐานเกี่ยวกับอาณานิคมและทางชีวภาพ

สมมติฐานทั้งสองนี้เสนอว่าบรรพบุรุษดั้งเดิมของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เป็นโคโลนีหรือสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่สร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพซึ่งกันและกัน

ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่ามวลรวมเกิดจากเซลล์ที่มีเอกลักษณ์ทางพันธุกรรมที่แตกต่างกัน (เช่นฟิล์มชีวภาพหรือฟิล์มชีวภาพ) หรือจากเซลล์ต้นกำเนิดและเซลล์ลูกสาวซึ่งมีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนกัน ตัวเลือกหลังเป็นไปได้มากกว่าเนื่องจากหลีกเลี่ยงความขัดแย้งทางผลประโยชน์ทางพันธุกรรมในเซลล์ที่เกี่ยวข้อง

การเปลี่ยนจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวไปเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน ประการแรกคือการแบ่งงานอย่างค่อยเป็นค่อยไปภายในเซลล์ที่ทำงานร่วมกัน บางตัวใช้หน้าที่ทางร่างกายในขณะที่คนอื่น ๆ กลายเป็นองค์ประกอบของการสืบพันธุ์

ดังนั้นแต่ละเซลล์จึงต้องพึ่งพาเพื่อนบ้านมากขึ้นและได้รับความเชี่ยวชาญในงานเฉพาะ การคัดเลือกสิ่งมีชีวิตที่ได้รับความนิยมซึ่งรวมกลุ่มกันในอาณานิคมแรก ๆ เหล่านี้เหนือสิ่งมีชีวิตที่ยังคงโดดเดี่ยว

ปัจจุบันนักวิจัยกำลังมองหาเงื่อนไขที่เป็นไปได้ที่นำไปสู่การก่อตัวของกลุ่มเหล่านี้และสาเหตุที่อาจนำไปสู่ความโปรดปรานของพวกเขาเมื่อเทียบกับรูปแบบเซลล์เดียว สิ่งมีชีวิตในอาณานิคมถูกนำมาใช้ซึ่งอาจทำให้นึกถึงอาณานิคมของบรรพบุรุษสมมุติ

สมมติฐาน Syncytium

ซินไซเทียมคือเซลล์ที่ประกอบด้วยนิวเคลียสหลายตัว สมมติฐานนี้ชี้ให้เห็นการก่อตัวของเยื่อหุ้มภายในภายในซินไซเทียมของบรรพบุรุษทำให้สามารถพัฒนาช่องต่างๆภายในเซลล์เดียวได้

ต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

หลักฐานปัจจุบันชี้ให้เห็นถึงความจริงที่ว่าสภาพหลายเซลล์ปรากฏอย่างอิสระในยูคาริโอตมากกว่า 16 สายพันธุ์รวมถึงสัตว์พืชและเชื้อรา

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีใหม่ ๆ เช่นจีโนมิกส์และความเข้าใจเกี่ยวกับความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการทำให้สามารถชี้ให้เห็นว่าการมีเซลล์หลายเซลล์เป็นไปตามวิถีทั่วไปโดยเริ่มจากการเลือกยีนร่วมกันที่เกี่ยวข้องกับการยึดมั่น การสร้างช่องเหล่านี้ทำให้เกิดการสื่อสารระหว่างเซลล์

อ้างอิง

1. Brunet, T. , & King, N. (2017). ต้นกำเนิดของความมีหลายเซลล์ของสัตว์และความแตกต่างของเซลล์ เซลล์พัฒนาการ, 43 (2), 124-140.
2. Curtis, H. , & Schnek, A. (2008). เคอร์ติส ชีววิทยา. Panamerican Medical Ed.
3. Knoll, AH (2011). ต้นกำเนิดหลายเซลล์ของเซลล์หลายเซลล์ที่ซับซ้อน Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 39, 217-239
4. Michod, RE, Viossat, Y. , Solari, CA, Hurand, M. , & Nedelcu, AM (2006) วิวัฒนาการในประวัติศาสตร์ชีวิตและต้นกำเนิดของเซลล์หลายเซลล์ วารสารชีววิทยาเชิงทฤษฎี, 239 (2), 257-272.
5. Ratcliff, WC, Denison, RF, Borrello, M. , & Travisano, M. (2012). การทดลองวิวัฒนาการของเซลล์หลายเซลล์ Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (5), 1595-1600.
6. Roze, D. , & Michod, RE (2001). การกลายพันธุ์การเลือกหลายระดับและวิวัฒนาการของขนาดการขยายพันธุ์ระหว่างการกำเนิดของเซลล์หลายเซลล์ นักธรรมชาติวิทยาชาวอเมริกัน, 158 (6), 638-654
7. Selden, P. , & Nudds, J. (2012). วิวัฒนาการของระบบนิเวศฟอสซิล CRC Press.