Дифференцировка и интеграция клеток в многоклеточном организме

Структуры, образующие клетку, вполне способны обеспечить осуществление всех процессов жизнедеятельности самостоятельного организма. Об этом свидетельствует многообразие прокариот, а также одноклеточных животных, растений и грибов. Среди них есть как существа со сравнительно просто устроенной клеткой (прокариоты, дрожжи), так и формы, клетки которых достигли исключительно высокого уровня организации (например, инфузории).

Дифференцировка (специализация) клеток. При всем многообразии одноклеточных организмов основное направление эволюции эукариот связано с переходом на многоклеточный уровень организации. Приспособления многоклеточных к разнообразным условиям среды обеспечиваются структурной и функциональной специализацией (дифференцировкой) составляющих их клеток и механизмами межклеточного взаимодействия.

Предками многоклеточных организмов стали колониальные представители одноклеточных. Уже у некоторых из них наблюдаются элементы специализации клеток к выполнению определенных функций. Так, в колонии жгутиковой водоросли вольвокс, которая представляет собой полый однослойный шар и содержит до 10 000 клеток, хорошо различаются передний и задний полюса. Клетки в передней части колонии имеют светочувствительные органоиды — глазки, а на заднем конце — более мощные жгутики. Особые группы клеток отвечают за половое и бесполое размножение. Взаимосвязь клеток обеспечивается наличием цитоплазматических мостиков между ними. Существуют подобные формы и с гетеротрофным способом питания. Предполагают, что они и явились общими предками многоклеточных растений, животных и грибов.

У губок — наиболее примитивных многоклеточных животных - в состав организма входит около 10 различных типов клеток — жгутиковые, покровные, скелетообразующие, амебообразные и др. В то же время эта специализация у губок не окончательная, так как большинство типов клеток у них способно утрачивать дифференцировку и превращаться друг в друга.

Следующим этапом эволюции стало объединение клеток и межклеточного вещества в особые системы — ткани. Тканью называется устойчивая совокупность клеток и межклеточных структур, сходных по строению, происхождению и выполняющих общие функции. Среди животных признаки тканевой организации впервые появляются у кишечнополостных. У плоских червей уже представлены эпителиальная (пограничная), соединительная, мышечная и нервная ткани. В эволюции растений тканевая дифференцировка была связана с освоением сухопутной среды обитания. Элементы тканевой организации можно встретить у некоторых водорослей и грибов, а у мхов и папоротникообразных имеются все главные разновидности растительных тканей: покровная, механическая, проводящая, образовательная и основная.

В ходе дальнейшего исторического развития уровень организации многоклеточных усложняется - образуются органы, состоящие из различных тканей и приспособленные к выполнению определенных функций. Так, желудок позвоночных помимо железистой ткани содержит гладкую мускулатуру, а также нервные и соединительнотканные структуры. Орган минерального питания растений — корень — наряду с корневыми волосками, обеспечивающими всасывание из почвы воды и солей, содержит механическую ткань корневого чехлика, образовательную ткань в точке роста, основную ткань, в которой запасаются питательные вещества, а также проводящие ткани.

Уже у сравнительно примитивных многоклеточных животных — плоских и круглых червей — наблюдается тенденция к формированию систем органов, специализированных на выполнении определенных физиологических процессов. Это направление получило развитие в ходе дальнейшей эволюции. Например, в состав пищеварительной системы млекопитающих, помимо желудка входят ротовая полость, слюнные железы, язык, пищевод, поджелудочная железа, печень, тонкая, толстая и прямая кишка.

Взаимодействие органов и тканей многоклеточного организма реализуется в растительном и животном мире разнообразными путями. Так, важную роль играет появление единых транспортных систем, обеспечивающих согласование обменных процессов. У круглых червей, например, эту функцию выполняет первичная полость тела, у более высокоорганизованных животных — вторичная полость и кровеносная система, а у растений — проводящие ткани.

Интеграция клеток уже на ранних этапах эволюции многоклеточных животных возникают специализированные системы, ответственные за интеграцию организма. Прежде всего речь идет о нервной системе, которая впервые возникает у кишечнополостных. Вся дальнейшая эволюция животного мира сопровождалась усложнением нервной системы, которая наряду с обеспечением восприятия воздействий внешней среды и выработкой ответа на эти воздействия отвечает и за регуляцию физиологических процессов.

Помимо нервных механизмов, у многоклеточных появляются гуморальные механизмы интеграции, которые осуществляются, главным образом, через действие гормонов — биологически активных веществ, воздействующих на физиологические и биохимические процессы.

У растений и грибов из-за особенностей питания и образа жизни интеграция клеток и тканей выражена слабее, чем в животном мире, однако и у них существуют сложные механизмы гуморальной регуляции роста, обмена веществ и приспособления к сезонным климатическим изменениям.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. От кого произошли многоклеточные организмы?

2. Что такое ткани?

3. Как взаимодействуют клетки в многоклеточном организме?

4. Используя знания по зоологии, охарактеризуйте различия между колониальными одноклеточными и примитивными многоклеточными – губками и кишечнополостными.