Organizmy jednokomórkowe: charakterystyka, rozmnażanie, odżywianie i przykłady

Organizmy jednokomórkowe są istotami, których materiał genetyczny, maszyneria enzymatyczna, białka i inne cząsteczki niezbędne do życia są ograniczone do pojedynczej komórki. Dzięki temu są bardzo złożonymi jednostkami biologicznymi, często o bardzo małych rozmiarach.

Z trzech dziedzin życia, dwie z nich - archeony i bakterie - składają się z organizmów jednokomórkowych. Oprócz tego, że te prokariotyczne organizmy są jednokomórkowe, brakuje im jądra i są niezwykle różnorodne i obfite.

W pozostałej domenie, eukariotach, znajdujemy zarówno organizmy jednokomórkowe, jak i wielokomórkowe. W obrębie jednokomórkowego mamy pierwotniaki, niektóre grzyby i niektóre glony.

Główne cechy

Około 200 lat temu biolodzy uważali, że organizmy utworzone przez pojedynczą komórkę są stosunkowo proste. Wniosek ten wynikał z niewielkiej ilości informacji uzyskanych z soczewek używanych do oglądania.

Obecnie, dzięki postępom technologicznym związanym z mikroskopią, możemy wyobrazić sobie złożoną sieć struktur, które posiadają istoty jednokomórkowe i wielką różnorodność, jaką wykazują te linie. Następnie omówimy najważniejsze struktury w organizmach jednokomórkowych, zarówno u eukariotów, jak i u prokariotów.

Składniki komórki prokariotycznej

Materiał genetyczny

Najbardziej charakterystyczną cechą komórki prokariotycznej jest brak membrany, która ogranicza materiał genetyczny. To znaczy brak prawdziwego jądra.

W przeciwieństwie do tego, DNA jest umiejscowione jako wyraźna struktura: chromosom. W większości bakterii i archeonów DNA jest zorganizowane w duży okrągły chromosom związany z białkami.

W modelowej bakterii, takiej jak Escherichia coli (w następnych sekcjach będziemy mówić więcej o jej biologii), chromosom osiąga liniową długość do 1 mm, prawie 500 razy większą niż komórka.

Aby przechowywać cały ten materiał, DNA musi przyjąć super zwiniętą konformację. Ten przykład można ekstrapolować na większość członków bakterii. Obszar fizyczny, w którym znajduje się ta zwarta struktura materiału genetycznego, nazywany jest nukleoidem.

Oprócz chromosomu organizmy prokariotyczne mogą posiadać setki małych dodatkowych cząsteczek DNA, zwanych plazmidami.

Te, podobnie jak chromosom, kodują specyficzne geny, ale są od nich fizycznie odizolowane. Ponieważ są przydatne w bardzo specyficznych okolicznościach, tworzą rodzaj pomocniczych elementów genetycznych.

Rybosomy

Do produkcji białek komórki prokariotyczne mają złożoną maszynerię enzymatyczną zwaną rybosomami, rozmieszczoną w całym wnętrzu komórki. Każda komórka może zawierać około 10 000 rybosomów.

Maszyny fotosyntetyczne

Bakterie, które przeprowadzają fotosyntezę, mają dodatkową maszynę, która pozwala im na przechwytywanie światła słonecznego, a następnie przekształcenie go w energię chemiczną. Błony fotosyntetycznych bakterii mają inwazje, w których przechowywane są niezbędne enzymy i pigmenty w celu przeprowadzenia złożonych reakcji.

Te fotosyntetyczne pęcherzyki mogą pozostać przymocowane do błony plazmatycznej lub mogą zostać odłączone i umieszczone wewnątrz komórki.

Cytoszkielet

Jak sama nazwa wskazuje, cytoszkielet jest szkieletem komórki. Podstawa tej struktury składa się z włókien o proteanowej naturze, niezbędnych do procesu podziału komórki i do utrzymania formy komórkowej.

Ostatnie badania wykazały, że cytoszkielet u prokariotów jest utworzony przez złożoną sieć włókien i nie jest tak prosty, jak wcześniej sądzono.

Organelle u prokariotów

Historycznie jedną z najwybitniejszych cech organizmu prokariotycznego był brak wewnętrznych przedziałów lub organelli.

Obecnie przyjmuje się, że bakterie posiadają specyficzne typy organelli (kompartmenty otoczone błonami) związane z magazynowaniem jonów wapnia, kryształów mineralnych, które uczestniczą w orientacji komórek, i enzymów.

Składniki jednokomórkowej komórki eukariotycznej

W obrębie linii eukariontów mamy także organizmy jednokomórkowe. Charakteryzują się tym, że materiał genetyczny jest zamknięty w organelli otoczonej dynamiczną i złożoną błoną.

Mechanizm wytwarzania białek jest również tworzony przez rybosomy w tych organizmach. Jednak u eukariontów są one większe. W rzeczywistości różnica wielkości rybosomów jest jedną z głównych różnic między obiema grupami.

Komórki eukariotyczne są bardziej złożone niż prokarioty opisane w poprzedniej części, ponieważ mają podkomory otoczone jedną lub kilkoma błonami zwanymi organellami. Wśród nich mamy między innymi mitochondria, retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego, wakuole i lizosomy.

W przypadku organizmów o zdolności do fotosyntezy mają maszynę enzymatyczną i pigmenty przechowywane w strukturach zwanych plastydami. Najbardziej znane są chloroplasty, chociaż istnieją również amyloplasty, chromoplasty, etioplasty, między innymi.

Niektóre jednokomórkowe eukarionty mają ściany komórkowe, takie jak glony i grzyby (chociaż różnią się pod względem chemicznym).

Różnice między bakteriami a archeonami

Jak już wspomnieliśmy, domeny archeonów i bakterii składają się z osobników jednokomórkowych. Jednak fakt dzielenia się tą cechą nie oznacza, że ​​linie są takie same.

Jeśli dokładnie porównamy obie grupy, zdamy sobie sprawę, że różnią się one w taki sam sposób, w jaki my - lub jakikolwiek inny ssak - różnią się od ryby. Podstawowe różnice są następujące.

Błona komórkowa

Zaczynając od granic komórek, cząsteczki tworzące ścianę i błona obu linii różnią się znacznie. W bakteriach fosfolipidy składają się z kwasów tłuszczowych przyłączonych do glicerolu. Natomiast archeony mają silnie rozgałęzione fosfolipidy (izoprenoidy) zakotwiczone w glicerolu.

Ponadto, wiązania, które tworzą fosfolipidy, również się różnią, dając w wyniku bardziej stabilną membranę w archeach. Z tego powodu archeony mogą żyć w środowiskach, w których temperatura, pH i inne warunki są ekstremalne.

Ściana komórkowa

Ściana komórkowa jest strukturą, która chroni organizm komórkowy przed stresem osmotycznym generowanym przez różnicę stężeń między wnętrzem komórki a środowiskiem, tworząc rodzaj egzoszkieletu.

Ogólnie komórka wykazuje wysokie stężenie substancji rozpuszczonych. Zgodnie z zasadami osmozy i dyfuzji woda dostanie się do komórki, zwiększając jej objętość.

Ściana chroni komórkę przed pęknięciem dzięki jej twardej i włóknistej strukturze. W bakteriach głównym składnikiem strukturalnym jest peptydoglikan, chociaż mogą być obecne pewne cząsteczki, takie jak glikolipidy.

W przypadku archeonów natura ściany komórkowej jest dość zmienna, aw niektórych przypadkach nieznana. Jednak peptydoglikan był nieobecny w dotychczasowych badaniach.

Organizacja genomu

Jeśli chodzi o organizację strukturalną materiału genetycznego, archeony są bardziej podobne do organizmów eukariotycznych, ponieważ geny są przerywane przez regiony, które nie będą podlegały translacji, zwane intronami - termin używany dla tłumaczonych regionów to „egzon »

I odwrotnie, organizacja genomu bakteryjnego odbywa się głównie w operonach, w których geny znajdują się w jednostkach funkcjonalnych, położonych jedna za drugą, bez przerw.

Różnice w organizmach wielokomórkowych

Kluczową różnicą między organizmem wielokomórkowym a jednokomórkowym jest liczba komórek, które tworzą organizm.

Organizmy wielokomórkowe składają się z więcej niż jednej komórki i na ogół każda z nich specjalizuje się w konkretnym zadaniu, a podział zadań jest jedną z jego najbardziej wyróżniających się cech.

Innymi słowy, ponieważ komórka nie musi już wykonywać wszystkich czynności niezbędnych do utrzymania żywego organizmu, powstaje podział zadań.

Na przykład komórki neuronalne wykonują zadania, które są zupełnie inne niż te wykonywane przez komórki nerkowe lub mięśniowe.

Ta różnica w wykonywanych zadaniach wyraża się w różnicach morfologicznych. Oznacza to, że nie wszystkie komórki tworzące organizm wielokomórkowy mają taką samą formę - neurony mają kształt drzewa, komórki mięśniowe są wydłużone i tak dalej.

Wyspecjalizowane komórki organizmów wielokomórkowych są pogrupowane w tkanki, które z kolei przekształcają się w narządy. Ciała, które pełnią podobne lub uzupełniające się funkcje, są pogrupowane w systemy. Mamy zatem strukturalną organizację hierarchiczną, która nie pojawia się w jednostkach jednokomórkowych.

Reprodukcja

Rozmnażanie bezpłciowe

Organizmy jednokomórkowe rozmnażają się bezpłciowo. Zauważ, że w tych organizmach nie ma specjalnych struktur zaangażowanych w rozmnażanie, jak to ma miejsce w przypadku różnych gatunków istot wielokomórkowych.

W tego typu rozmnażaniu bezpłciowym ojciec rodzi potomstwo bez potrzeby partnera seksualnego lub łączenia gamet.

Rozmnażanie bezpłciowe klasyfikuje się na różne sposoby, zazwyczaj wykorzystując jako odniesienie płaszczyznę lub formę podziału używaną przez organizm do podziału.

Powszechnym typem jest rozszczepienie binarne, gdzie jednostka daje dwa organizmy, identyczne z rodzicami. Niektóre mają zdolność do wykonywania rozszczepienia generującego więcej niż dwa potomstwo, co jest znane jako wielokrotne rozszczepienie.

Innym rodzajem jest pączkowanie, w którym organizm daje mniejszy. W takich przypadkach organizm macierzysty wyrasta z przedłużenia, które nadal rośnie do odpowiedniego rozmiaru, a następnie odłącza się od rodzica. Inne organizmy jednokomórkowe mogą się rozmnażać przez tworzenie zarodników.

Chociaż rozmnażanie bezpłciowe jest typowe dla organizmów jednokomórkowych, nie jest ono unikalne dla tej linii. Niektóre organizmy wielokomórkowe, takie jak glony, gąbki, szkarłupnie, mogą między innymi rozmnażać się dzięki tej modalności.

Poziomy transfer genów

Chociaż rozmnażanie płciowe nie występuje w organizmach prokariotycznych, mogą one wymieniać materiał genetyczny z innymi osobnikami poprzez zdarzenie zwane poziomym transferem genów. Ta wymiana nie wiąże się z przejściem materiału od rodziców do dzieci, ale zachodzi między osobami tego samego pokolenia.

Dzieje się tak dzięki trzem podstawowym mechanizmom: koniugacji, transformacji i transdukcji. W pierwszym typie długie fragmenty DNA mogą być wymieniane poprzez fizyczne połączenia między dwoma osobnikami za pomocą seksualnych pilusów.

W obu mechanizmach rozmiar wymienianego DNA jest mniejszy. Transformacja polega na pobraniu nagiego DNA przez bakterię, a transdukcja to odbiór obcego DNA w wyniku infekcji wirusowej.

Obfitość

Życie można podzielić na trzy główne domeny: archeony, bakterie i eukarioty. Pierwsze dwa są prokariotami, ponieważ ich jądro nie jest otoczone błoną i wszystkie są organizmami jednokomórkowymi.

Zgodnie z aktualnymi szacunkami na Ziemi jest ponad 3.1030 osobników bakterii i archeonów, z których większość jest nienazwana i bez opisu. W rzeczywistości nasze własne ciało składa się z dynamicznych populacji tych organizmów, które ustanawiają z nami symbiotyczne relacje.

Odżywianie

Odżywianie w organizmach jednokomórkowych jest bardzo zróżnicowane. Istnieją organizmy heterotroficzne i autotroficzne.

Te pierwsze muszą spożywać pokarm ze środowiska, na ogół fagocytując cząstki odżywcze. Warianty autotroficzne posiadają wszystkie niezbędne urządzenia do przekształcania energii świetlnej w chemię, przechowywane w cukrach.

Podobnie jak każdy żywy organizm, te jednokomórkowe wymagają pewnych składników odżywczych, takich jak woda, źródło węgla, jony mineralne, między innymi, dla ich optymalnego wzrostu i rozmnażania. Jednak niektóre wymagają również określonych składników odżywczych.

Przykłady organizmów jednokomórkowych

Ze względu na dużą różnorodność organizmów jednokomórkowych sporządzenie listy przykładów jest skomplikowane. Wspomnimy jednak o organizmach modelowych w biologii i organizmach o znaczeniu medycznym i przemysłowym:

Escherichia coli

Najlepiej badanym organizmem jest bez wątpienia bakteria Escherichia coli. Chociaż niektóre szczepy mogą mieć negatywne konsekwencje zdrowotne, E. coli jest normalnym i obfitym składnikiem ludzkiej mikroflory.

Jest to korzystne w różnych perspektywach. W naszym przewodzie pokarmowym bakterie pomagają w produkcji niektórych witamin i konkurencyjnie wykluczają patogenne mikroorganizmy, które mogłyby dostać się do naszego organizmu.

Ponadto w laboratoriach biologicznych jest to jeden z najczęściej używanych organizmów modelowych, bardzo przydatny w odkryciach naukowych.

Trypanosoma cruzi

Jest to pierwotniak pasożytniczy, który żyje w komórkach i powoduje chorobę Chagasa. Jest to uważane za ważny problem zdrowia publicznego w ponad 17 krajach położonych w tropikach.

Jedną z najwybitniejszych cech tego pasożyta jest obecność wici do poruszania się i pojedynczego mitochondriów. Są przenoszone do gospodarza ssaków przez owady należące do rodziny Hemiptera, zwane triatominami.

Inne przykłady mikroorganizmów to między innymi Giardia, Euglena, Plasmodium, Paramecium, Saccharomyces cerevisiae .