Одноклітинні організми
Однокліти́нні органі́зми — позасистемна група організмів, тіло яких складається з однієї клітини.
| Одноклітинний організм | |
|---|---|
| Архейський період - теперішній час | |
 Валонія пузата, вид водоростей з діаметром, зазвичай, в діапазоні від 1 до 4 сантиметрів і є найбільшим видом серед одноклітинних |
Серед одноклітинних організмів є представники всіх трьох доменів: бактерій, архей та еукаріотів. Бактерії та археї здебільшого одноклітинні (за винятком деяких філаментарних ціанобактерій і актиноміцетів). Серед еукаріотів одноклітинними є більшість найпростіших, ряд грибів, багато водоростей. Проте на певних стадіях життя одноклітинні організми можуть формувати колонії.
Зазвичай одноклітинні організми є мікроскопічними. Проте, деякі одноклітинні найпростіші видимі неозброєним оком (у рідкісних випадках сягаючи десятків сантиметрів), а деякі багатоклітинні організми мікроскопічні.
Уважається, що одноклітинними були перші живі організми Землі. Найбільш древніми з них вважаються бактерії та археї. Багатоклітинність з'являлася кілька разів незалежно.
Одноклітинні організми були відкриті Антоні ван Левенгуком.
Еволюція
Найпростіші клітини, які часто називають протоклітинами, є попередниками сьогоднішніх одноклітинних організмів. Хоча спосіб зародження життя здебільшого досі залишається загадкою, в сучасній поширеній теорії, відомій як Гіпотеза світу РНК, перші молекули РНК були основою для каталізації органічних хімічних реакцій і саморепродукції.[1] Гіпотеза світу РНК припускає, що молекули РНК могли сформуватися в абіотичних умовах, що потребує присутності нуклеїнових кислот та рибози. Теоретичні й експериментальні результати показують, що нуклеїнові кислоти й цукри могли синтезуватися в ранніх пребіотичних умовах.[1]
Прокаріоти
Прокаріоти не мають обмежених мембраною органел, як-от мітохондрій або клітинного ядра.[2] Замість того, більшість прокаріотів мають нерегулярну ділянку, яка містить ДНК, яка називається нуклеоїдом.[3] Більшість прокаріотів мають єдину круглу хромосому, на відміну від еукаріотів, що зазвичай мають паличкоподібні лінійні хромосоми.[4] Для харчування прокаріоти мають здатність використовувати широкий спектр органічного та неорганічного матеріалу у своєму метаболізмі, включно із сіркою, целюлозою, аміаком або нітритом.[5] Прокаріоти є всюдисущими в середовищі та можуть існувати в екстремальних умовах.
Бактерії
Бактерії є однією із найдавніших форм життя на світі і знаходяться в природі майже усюди.[5] Багато звичайних бактерій мають плазміди, які є короткими, круговими, самореплікативними молекулами ДНК, які відокремлені від хромосоми бактерії.[7] Плазміди можуть нести в собі гени, які відповідають за появу нових здібностей, з яких із критично важливих сьогодні є стійкість до антибіотиків.[8] Бактерії переважно розмножуються безстатевим шляхом, за допомогою процесу, який називають бінарним поділом[en], хоча плазмідами можуть обмінюватися за допомогою ворсинок і процесу, що називається кон'югацією.[8]
Фотосинтетичні ціанобактерії, мабуть, є найбільш успішним видом бактерій, і змінили ранню атмосферу Землі, наповнюючи її киснем.[9] Строматоліти, структури, що складаються із шарів карбонату кальцію й осадів, що туди потрапили, що залишилися від ціанобактерій і пов'язаних бактерій спільноти, що збереглися у вигляді величезного накопичення скам'янілостей.[9][10] Існування строматолітів залишають дуже цінні "записи" історії розвитку ціанобактерій, які представлені від Архею (від 4 мільярдів до 2,5 мільярда років тому), Протерозою (від 2,5 мільярда до 540 мільйонів років тому), і Фанерозою (540 мільйонів років тому до сьогодення).[10] Значну частину світових скам'янілих строматолітів можна знайти в Західній Австралії.[10] Там були знайдені одні із найдавніших строматолітів, вік яких становить приблизно 3,43 мільярда років.[10]
Археї
Гідротермічні отвори виділяють тепло та сірководень, і такі умови дозволяють виживати екстремофілам, які використовують хемолітотрофний ріст.[12] Археї здебільшого дуже подібні зовні до бактерій, оскільки вони і класифікуються як бактерії, але мають важливі молекулярні відмінності, насамперед у структурі мембрани та рибособальної РНК.[13][14] Шляхом вивчення сиквенсуванням рибосомальної РНК було встановлено, що археї найімовірніше утворилися шляхом поділу бактерії та були попередниками сучасних еукаріотів, і насправді більше філогенетично пов'язані з еукаріотами.[14] Як випливає з назви, Архея походить від грецького слова archaios, що означає давній, або примітивний.[15]
Деякі археї мешкають у найбільш біологічно непривітних середовищах на Землі, і це, як уважають, повторює ранні, жорсткі умови, під впливом який ймовірно розвивалося життя. Прикладами таких архейських екстремофілів є
- термофіли, оптимальна температура росту яких 50 °C–110 °C, включно з родами Pyrobaculum, Pyrodictium, Pyrococcus і Melanopyrus[16];
- психрофіли, ростуть в оптимальній для них температурі меншій за 15 °C, до них належать роди Methanogenium і Halorubrum[16];
- алкаліфіли, оптимальними умовами для росту яких, є рівень pH більший за 8, включно з родом Natronomonas[16][17];
- ацидофіли, оптимальними умовами для росту яких є рівень pH менший за 3, включно з родами Sulfolobus і Picrophilus[16][18];
- барофіли, (також відомі як п'єзофіли), полюбляють високий тиск до 130 МПа, який буває в глибоких океанічних середовищах, до них належать роди Methanococcus і Pyrococcus[16];
- галофіли, зростають в основному при великій концентрації солі при значеннях від 0,2 M і 5,2 M NaCl, до них належать Haloarcula, Haloferax, Halococcus[16][19].
Метаногени є значною підгрупою в архей і охоплює багато видів екстремофілів, але також широко представлені в водно-болотистих середовищах, а також в травній системі тварин.[20] Цей процес використовує водень для зменшення вмісту вуглекислого газу в метані, виділяючи енергію в корисну форму аденозинтрифосфата.[20] Вони є єдиними відомими організмами, здатними виробляти метан.[21]
Еукаріоти
Еукаріоти — це клітини, які мають органели обмежені мембранами, як-от мітохондрії, ядра і хлоропласти. Прокаріоти, які розвинулися в еукаріотів найімовірніше виникли приблизно 2,0–1,4 мільярда років тому.[22] Це був важливий крок в еволюції, що призвів до багатоклітинності деяких еукаріотів рослин, тварин і грибів. На відміну від прокаріотів, еукаріоти відтворюються за допомогою мітозу і мейозу. Мейоз, справжній статевий процес, який дозволяє створювати ширшу генетичну різноманітність поєднуючи ДНК батьків з наступним процесом рекомбінації.[22] Метаболічні функції в еукаріотів більш спеціалізовані завдяки розділенню специфічних процесів на органели.
Також важливою щодо еукаріотів є ендосимбіотична теорія, яка вказує на те, що мітохондрії та хлоропласти, ймовірно, мають бактеріальне походження. Обидві органели мають свої власні набори ДНК і мають подібні до бактерій рибосоми. Цілком можливо, що сучасні мітохондрії колись були істотами подібними до Rickettsia, яка має пластичну здатність входили в клітину.[23] Однак, якби бактерії мали здатність дихати, це було б корисним для більшої клітини дозволити таким паразитам жити натомість на енергію і детоксикацію кисню.[23] Хлоропласти, ймовірно, стали симбіотичними завдяки подібному поєднанню подій, і найімовірніше є нащадками ціанобактерій.[24] Хоча не всі еукаріоти мають мітохондрії або хлоропласти, мітохондрії зустрічаються в більшості еукаріотів, а хлоропласт зустрічається в рослинах і водоростях. Фотосинтез і дихання є по суті зворотніми один до одного процесами, а поява дихання у поєднанні з фотосинтезом дозволило отримати значно більший доступ до енергії, ніж лише сама ферментація.
