ERSTE MEHRZELLIGE ORGANISMEN: HERKUNFT, EIGENSCHAFTEN - BIOLOGIE - 2025

Die ersten mehrzelligen Organismen begannen sich nach einer der am meisten akzeptierten Hypothesen in Kolonien oder in symbiotischen Beziehungen zu gruppieren. Mit der Zeit begannen die Interaktionen zwischen den Mitgliedern der Kolonie kooperativ und für alle von Vorteil zu sein.

Allmählich wurde jede Zelle einem Spezialisierungsprozess für bestimmte Aufgaben unterzogen, wodurch die Abhängigkeit von ihren Begleitern zunahm. Dieses Phänomen war für die Evolution von entscheidender Bedeutung, da es die Existenz komplexer Wesen ermöglichte, ihre Größe erhöhte und verschiedene Organsysteme zuließ.

Kolonialorganismen wie Volvox erlauben es uns, Hypothesen über die möglichen Eigenschaften mehrzelliger Organismen der Vorfahren aufzustellen. Quelle: Frank Fox

Mehrzellige Organismen sind Organismen, die aus mehreren Zellen bestehen - wie Tiere, Pflanzen, einige Pilze usw. Derzeit gibt es mehrere Theorien, um den Ursprung mehrzelliger Wesen zu erklären, beginnend mit einzelligen Lebensformen, die sich später zusammenfassten.

Warum gibt es mehrzellige Organismen?

Der Übergang von einzelligen zu mehrzelligen Organismen ist eine der aufregendsten und kontroversesten Fragen unter Biologen. Bevor wir jedoch die möglichen Szenarien diskutieren, die zu Mehrzelligkeit geführt haben, müssen wir uns fragen, warum es notwendig oder vorteilhaft ist, ein Organismus zu sein, der aus vielen Zellen besteht.

Zellgröße und Oberflächenvolumenverhältnis (S / V)

Eine durchschnittliche Zelle, die Teil des Körpers einer Pflanze oder eines Tieres ist, hat einen Durchmesser zwischen 10 und 30 Mikrometern. Ein Organismus kann aufgrund der durch das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auferlegten Begrenzung nicht einfach durch Vergrößern der Größe einer einzelnen Zelle an Größe zunehmen.

Verschiedene Gase (wie Sauerstoff und Kohlendioxid), Ionen und andere organische Moleküle müssen in die Zelle eindringen und diese verlassen und die von einer Plasmamembran begrenzte Oberfläche passieren.

Von dort muss es sich über das gesamte Volumen der Zelle ausbreiten. Daher ist die Beziehung zwischen Oberfläche und Volumen in großen Zellen geringer, wenn wir sie in größeren Zellen mit demselben Parameter vergleichen.

Eine sehr große Zelle hat eine begrenzte Austauschfläche

Nach dieser Überlegung können wir zu dem Schluss kommen, dass die Austauschfläche proportional zur Zunahme der Zellgröße abnimmt. Verwenden wir als Beispiel einen 4-cm-Würfel mit einem Volumen von 64 cm ³ und einer Oberfläche von 96 cm ² . Das Verhältnis beträgt 1,5 / 1.

Im Gegensatz dazu beträgt das Verhältnis 3/1, wenn wir denselben Würfel in 8 Zwei-Zentimeter-Würfel teilen.

Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, wenn ein Organismus seine Größe erhöht, was in mehreren Aspekten vorteilhaft ist, beispielsweise bei der Suche nach Nahrung, Fortbewegung oder Flucht vor Raubtieren, indem die Anzahl der Zellen erhöht wird und somit eine angemessene Oberfläche für die Tiere erhalten bleibt. Austauschprozesse.

Vorteile eines mehrzelligen Organismus

Die Vorteile eines mehrzelligen Organismus gehen über die bloße Vergrößerung hinaus. Die Mehrzelligkeit ermöglichte die Zunahme der biologischen Komplexität und die Bildung neuer Strukturen.

Dieses Phänomen ermöglichte die Entwicklung hochentwickelter Kooperationspfade und komplementärer Verhaltensweisen zwischen den biologischen Einheiten, aus denen das System besteht.

Nachteile eines mehrzelligen Organismus

Trotz dieser Vorteile finden wir - wie bei mehreren Pilzarten - Beispiele für den Verlust der Mehrzelligkeit, der zum angestammten Zustand einzelliger Wesen zurückkehrt.

Wenn kooperative Systeme zwischen Zellen im Körper versagen, können negative Folgen auftreten. Das anschaulichste Beispiel ist Krebs. Es gibt jedoch mehrere Möglichkeiten, mit denen in den meisten Fällen die Zusammenarbeit sichergestellt werden kann.

Was waren die ersten mehrzelligen Organismen?

Die Anfänge der Mehrzelligkeit sind nach Ansicht einiger Autoren (z. B. Selden & Nudds, 2012) auf eine sehr ferne Vergangenheit vor mehr als 1 Milliarde Jahren zurückzuführen.

Da Übergangsformen im Fossilienbestand nur unzureichend erhalten sind, ist wenig über sie und ihre Physiologie, Ökologie und Evolution bekannt, was den Prozess der Konstruktion einer Rekonstruktion der beginnenden Mehrzelligkeit schwierig macht.

Tatsächlich ist nicht bekannt, ob diese ersten Fossilien Tiere, Pflanzen, Pilze oder eine dieser Linien waren. Fossilien zeichnen sich durch flache Organismen mit einer großen Oberfläche / Volumen aus.

Evolution mehrzelliger Organismen

Da mehrzellige Organismen aus mehreren Zellen bestehen, sollte der erste Schritt in der evolutionären Entwicklung dieses Zustands die Gruppierung von Zellen gewesen sein. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen:

Koloniale und symbiotische Hypothese

Diese beiden Hypothesen legen nahe, dass der ursprüngliche Vorfahr mehrzelliger Wesen Kolonien oder einzellige Wesen waren, die symbiotische Beziehungen untereinander herstellten.

Es ist noch nicht bekannt, ob das Aggregat aus Zellen mit unterschiedlicher genetischer Identität (wie einem Biofilm oder Biofilm) oder aus Stamm- und Tochterzellen - genetisch identisch - gebildet wurde. Die letztere Option ist besser möglich, da genetische Interessenkonflikte in verwandten Zellen vermieden werden.

Der Übergang von einzelligen Wesen zu mehrzelligen Organismen umfasst mehrere Schritte. Die erste ist die schrittweise Arbeitsteilung innerhalb der Zellen, die zusammenarbeiten. Einige übernehmen somatische Funktionen, während andere zu reproduktiven Elementen werden.

Somit wird jede Zelle stärker von ihren Nachbarn abhängig und wird auf eine bestimmte Aufgabe spezialisiert. Die Selektion bevorzugte Organismen, die sich in diesen frühen Kolonien ansammelten, gegenüber solchen, die einsam blieben.

Heutzutage suchen Forscher nach möglichen Bedingungen, die zur Bildung dieser Cluster geführt haben, und nach den Ursachen, die zu ihren Gunsten hätten führen können - im Vergleich zu einzelligen Formen. Es werden koloniale Organismen verwendet, die an die hypothetischen Ahnenkolonien erinnern könnten.

Syncytium-Hypothese

Ein Syncytium ist eine Zelle, die mehrere Kerne enthält. Diese Hypothese legt die Bildung innerer Membranen innerhalb eines Ahnen-Syncytiums nahe, die die Entwicklung mehrerer Kompartimente innerhalb einer einzelnen Zelle ermöglichen.

Herkunft mehrzelliger Organismen

Aktuelle Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der mehrzellige Zustand unabhängig voneinander in mehr als 16 Eukaryotenlinien, einschließlich Tieren, Pflanzen und Pilzen, auftrat.

Die Anwendung neuer Technologien wie der Genomik und das Verständnis der phylogenetischen Beziehungen haben es uns ermöglicht, darauf hinzuweisen, dass die Mehrzelligkeit einem gemeinsamen Weg folgte, beginnend mit der Kooptation von Genen, die mit der Adhärenz zusammenhängen. Durch die Schaffung dieser Kanäle wurde eine Kommunikation zwischen den Zellen erreicht.

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