В чем различие одноклеточных и многоклеточных организмов. Чем многоклеточные отличаются от одноклеточных — основные отличия
Глава 2
Явления и закономерности жизни на клеточном уровне
Изучив главу, вы сможете характеризовать :
Состав и строение клетки;
Свойства клеточных органоидов;
Процессы жизнедеятельности клетки.
Вы сумеете:
Определять различия в строении клеток эукариот и прокариот;
Оценивать роль автотрофов и гетеротрофов в природе;
Объяснять значение обмена веществ в жизнедеятельности клетки;
Сравнивать механизмы протекания процессов биосинтеза белка, фотосинтеза и дыхания.
Параграф 5. Многообразие клеток
Вспомните
Какой структурный уровень организации жизни характеризует клетка;
Что существуют одноклеточные и многоклеточные организмы.
Из истории изучения многообразия клеток. История изучения клетки неразрывно связана с развитием микроскопической техники. О существовании клеток стало известно лишь в XVII в. В 1665 г. английский естествоиспытатель Р. Гук, оценив значение увеличительного прибора, впервые применил его для исследования срезов некоторых растительных и животных тканей. Под микроскопом он обнаружил структуры, похожие по строению на пчелиные соты, и назвал их «ячейками», или «клетками». С тех пор этот термин прочно утвердился в биологии.
В 1674 г. голландский натуралист А. ван Левенгук впервые рассмотрел под самодельным микроскопом некоторых простейших и отдельные клетки животных (эритроциты, сперматозоиды).
В 30-х г. XIX в. шотландский учёный Р. Браун обнаружил в клетках растений круглое плотное образование, которое он назвал ядром.
В 1838 г., обобщая имевшиеся к тому времени сведения о клетке, немецкий ботаник М.Я. Шлейден первым пришёл к заключению о том, что ядро является обязательным структурным элементом всех растительных клеток. В 1839 г. немецкий физиолог Т. Шванн, основываясь на работах Шлейдена, изложил основы клеточной теории, согласно которой все ткани животных и растительных организмов состоят из клеток, клетки растений и животных имеют общий принцип строения, каждая отдельная клетка самостоятельна, а жизнедеятельность всего организма проявляется как совокупность жизнедеятельности отдельных групп клеток.
Появление клеточной теории Шлейдена и Шванна обусловило дальнейшее развитие учения о клетке. В 1858 г. немецкий патолог Р. Вирхов доказал, что клетки возникают только путём воспроизведения себе подобных. Ему принадлежит афористическое утверждение: «Каждая клетка - от клетки». В конце XIX в. была выдвинута гипотеза о том, что информация о наследственных свойствах организмов заключена в ядре.
Крупный вклад в развитие учения о клетке внесли русские учёные. В 1892 г. И.И. Мечников открыл явление фагоцитоза (от греч. phagos - «пожиратель», kytos - «клетка») - активного захватывания и поглощения различных частиц одноклеточными организмами и даже клетками многоклеточных организмов. В 1898 г. С.Г. Навашин описал особый тип оплодотворения - двойное оплодотворение, свойственное всем цветковым растениям.
В начале XX в. были разработаны методы культивирования клеток в пробирке и сконструирован первый электронный микроскоп. В результате наука обогатилась сведениями о мельчайших, ранее не известных клеточных структурах. Было доказано, что клетки всех организмов, несмотря на их разнообразие, сходны по строению, химическому составу и проявлениям своей жизнедеятельности.
Дальнейшие исследования показали, что ядерные структуры клетки служат основой передачи наследственных свойств организмов.
Мир клеток живой природы
Клетки чрезвычайно разнообразны. Они различаются по своим размерам, структуре, форме и функциям. Размеры клеток варьируют от 0,1-0,25 мкм (некоторые бактерии) до 15-21 см (яйцо страуса в скорлупе).
Есть свободноживущие клетки, которые ведут себя как особи популяций и видов. Их жизнедеятельность зависит не только от слаженной работы внутриклеточных структур, но и от особенностей существования клетки как самостоятельного организма (добывание пищи, способ питания, размножение, подвижность в окружающей среде, активное и неактивное переживание неблагоприятных условий и пр.).
Клетки свободноживущие (1) и образующие ткани (2)
Одноклеточных организмов чрезвычайно много. Их представители встречаются среди всех царств живой природы и населяют все среды жизни на нашей планете.
У многоклеточных организмов разные клетки выполняют различные функции. Клетки, сходные по строению, расположенные рядом, объединённые межклеточным веществом и предназначенные для выполнения определённых (специализированных) функций в организме, образуют ткани. Ткани возникли в ходе эволюционного развития одновременно с появлением многоклеточности, так как специализация клеток и, следовательно, тканей способствовала лучшему обеспечению процессов жизнедеятельности целостного организма.
У животных различают четыре типа (группы) тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную; у растений - пять типов (групп) тканей: образовательную, покровную, проводящую, механическую, основную.
Клетки всех организмов на Земле принципиально сходны по своему строению, химическому составу и основным проявлениям жизни. При этом процессы жизнедеятельности (дыхание, биосинтез, обмен веществ) происходят в клетках независимо от того, являются они одноклеточными организмами или составными частями многоклеточного организма.
Жизнь многоклеточного организма зависит от жизнедеятельности его отдельных клеток и их групп, выполняющих особые, специализированные функции.
Свойства клетки. Особенность клетки определяется специфичностью её составных компонентов, упорядоченностью происходящих в ней как в целостной системе процессов. Живая клетка осуществляет процессы, от которых зависит её жизнь: она поглощает пищу, извлекает из неё энергию, избавляется от отходов обмена веществ, поддерживает постоянство своего химического состава и воспроизводит саму себя. Всё это позволяет рассматривать клетку как особую единицу живой материи, как элементарную живую систему - биосистему клеточного уровня организации жизни.
Клетка - основная структурная и функциональная единица жизни.
Из клеток состоят все живые существа - от одноклеточных до крупных растений, животных и человека. У всех организмов клетки функционируют, с одной стороны, как самостоятельные биосистемы, а с другой - как взаимосвязанные части целого.
Два типа клеток.
В первой половине XX в. было обнаружено, что в клетках бактерий нет оформленного ядра, отделённого от цитоплазмы мембраной, хотя присутствует само ядерное вещество, несущее наследственную информацию. В клетках растений, животных и грибов ядро хорошо сформировано и отграничено от цитоплазмы.
Клетки, не имеющие оформленного ядра, называют прокариотическими (лат. pro - «перед», «раньше» и греч. karyon - «ядро»), а имеющие ядро - эукариотическими (лат. ей - «полностью» и греч. karyon - «ядро»). По этому признаку все организмы делят на две группы: доядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).
Клетки прокариот имеют достаточно простое строение, так как сохраняют черты первых организмов, возникших на Земле. Эукариоты могут быть одноклеточными и многоклеточными, их клетки имеют более сложное строение, чем у прокариот, и отличаются большим разнообразием.
Все живые организмы на нашей планете состоят из особо природного «строительного материала» — клетки. В зависимости от количества клеток выделяют одноклеточные и многоклеточные организмы.
Что такое одноклеточные организмы
Одноклеточные или по-другому простейшие организмы – самые маленькие существа, которые состоят всего из 1 клетки. Несмотря на это они способны вести полноценную жизнедеятельность, а именно питаться, двигаться, размножаться. Такие организмы были открыты знаменитым ученым Антони ван Левенгуком , после того как он создал световой микроскоп.
Инфузория туфелька — строение
Типы одноклеточных
Все одноклеточные подразделяются на прокариоты , у которых нет ядра, а вместо этого внутри оболочки находится крупная клетка ДНК и эукариоты , у которых есть ядро. Например, бактерии являются прокариотами, а общеизвестными представителями эукариотов считаются инфузория-туфелька, амеба, эвглена зеленая.
С первого взгляда кажется, что строение одноклеточных довольно простое — оболочка, цитоплазма (жидкость, которой заполнена клетка) и ядро (несет в себе информацию об организме), однако, на деле они имеют дополнительные органоиды:
- Рибосомы – находятся в цитоплазме и осуществляют синтез белка.
- Митохондрии – с помощью них в клетке происходят окислительно-восстановительные реакции и расщепление органических соединений.
- Аппарат Гольджи – органоид состоящий из одной мембраны, расположен чаще всего около клеточного ядра. С помощью этого аппарат поступающие в клетку вещества проходят химическую модификацию и транспортируются дальше.
- Реснички, жгутики и ложноножки – органоиды, которые помогают клеткам передвигаться.
- Вакуоль – органоид, который может иметь разные функции: сократительную (выводит лишнее из клетки), пищеварительную (переваривает питательные вещества), запасающую (в ней откладывается запас воды с питательными веществами).
У простейших эукариотов существует 2 способа питания: фотосинтез и фагоцитоз (когда клетка захватывает частицы, для дальнейшего переваривания с помощью вакуоли).
Размножаются одноклеточные организмы также двумя способами:
- Делением – когда ядро расщепляется и образуется 2 подобных одноклеточных организма;
- Псевдополовое размножение (копуляция или конъюгация) – это такой вид размножения, когда клетки могут обмениваться ядрами или частями своей ДНК.
В случае если наступают неблагоприятные условия, одноклеточные организмы способны покрыться надежной оболочкой под названием циста. С помощью нее они могут дождаться более приемлемых условий для питания, роста и размножения.
Вопреки заблуждениям, простейшие организмы могут обитать не только в водной среде, но также в почве и даже в организмах животных и людей, вызывая серьезные заболевания.
Что такое многоклеточные организмы
Многоклеточные организмы – это группа живых существ, объединенная общим признаком, они имеют больше одной клетки в своем строении. К многоклеточным относятся:
- Подавляющее большинство грибов.
- Растения.
- Насекомые.
- Амфибии.
- Птицы.
- Животные и, естественно, человек.
Все эти организмы состоят из множества клеток, которые объединяются в группы и образуют те или иные ткани и органы . При этом само строение клетки похоже на строение клетки у простейших, имеется ядро, цитоплазма, оболочка, некоторые органоиды.
Жизнь высших многоклеточных организмов начинается с 1 клетки – зиготы, которая образуется за счет слияния двух родительских клеток. В других случаях многоклеточные размножаются:
- Спорами.
- Вегетативным методом.
- Почкованием.
- Фрагментацией – когда из отдельных частей одного организма могут вырасти полноценные новые.
Клетки многоклеточных организмов не способны существовать и функционировать самостоятельно . При этом скопления различных типов клеток в организме выполняют соответствующие задачи.
Многоклеточные организмы способны получать питание для своего роста и развития различными способами. Так, растения получают все необходимое из почвы, для роста им также нужны свет и вода. У животных и людей развитие и рост происходят за счет увеличения клеток и молекул. Клетки получают необходимые вещества через кровеносную систему, а нужные элементы попадают в кровь благодаря пище и воде, которую употребляют животные и люди.
Несмотря на то, что клетки многоклеточных способны увеличивать свое количество, этот процесс все-таки ограничен.
Что общего между одноклеточными и многоклеточными
- И те и другие организмы в своей основе имеют простую клетку.
- У обоих организмов в клетке имеется ядро.
- И тем и другим организмам для роста и развития нужны благоприятные условия (свет, вода, питательные вещества).
Чем отличаются простейшие от многоклеточных организмов
- У простейших организмов клетка выполняет функции всего организма, тогда как у многоклеточных такое невозможно.
- Простейшие появились первыми и уже из них эволюционировали многоклеточные.
- У простейших, в отличие от многоклеточных организмов имеются органоиды движения.
- Деление клетки у простейших ведет к увеличению их популяции, в то время как деление клеток у многоклеточных ведет к росту тканей.
- Многоклеточные организмы более устойчивы к различным воздействиям внешней среды.
Ответы на тесты «Клетка» 10 класс
Чем отличаются клетки одноклеточных организмов от клеток многоклеточных организмов?
Клетки всех организмов представляют собой самостоятельные живые системы, сходные по химическому составу и строению, осуществляющие обмен веществ и энергии и способные к саморегуляции. Однако между клетками одноклеточных и многоклеточных организмов имеются и существенные различия.
Клетки одноклеточных организмов представляют собой самостоятельные организмы. Они осуществляют все функции, присущие организму: добывание пищи, движение, размножение и др. Клетки одноклеточных — это одновременно и клеточный, и организменный уровни организации жизни.
У многоклеточного организма клетка является его частью. Клетки многоклеточных специализируются по выполняемым функциям. Существовать самостоятельно клетки многоклеточных не способны, но все вместе они обеспечивают существование организма.
Почему бактерии относят к прокариотам?
Бактерии относят к прокариотам, потому что в их клетках отсутствует оформленное ядро.
Какие функции выполняет ядро в клетке?
Функции ядра:
1. В ядре содержится основная наследственная информация, которая необходима для развития целого организма с разнообразием его признаков и свойств.
2. В нем происходит воспроизведение (редупликация) молекул ДНК, что дает возможность при мейозе двум дочерним клеткам получить одинаковый в качественном и количественном отношении генетический материал.
3. Ядро обеспечивает синтез на молекулах ДНК различных и-РНК, т-РНК, р-РНК.
Как функционирует лизосома?
Лизосома функционирует следующим образом:
1. Лизосома перемещается к пищевой частице, сливается с ней, образуя пищеварительную вакуоль.
2.Частицы пищи или отмершие части клетки окружаются ферментами и перевариваются, при этом сложные органические вещества превращаются в менее сложные, например, биополимеры в мономеры.
3. Мономеры проступают в цитоплазму и используются клеткой.
Каковы различия в наборе органоидов в клетках растений и животных?
Элементы ответа:
1) в клетках растений, но не в клетках животных, имеются пластиды;
2) в клетках растений, но не в клетках животных, имеются цитоплазматические вакуоли с клеточным соком;
3) в клетках животных, но не в клетках растений, имеются центриоли.
В чем состоит отличие цианобактерий от остальных организмов?
Элементы ответа:
1) цианобактерии, или, как их называли ранее, синезеленые водоросли, — прокариоты;
2) цианобактерии способны к фотосинтезу в отличие от большинства прокариот.
Какие черты сходства митохондрий с прокариотами позволили выдвинуть симбиотическую теорию происхождения эукариотической клетки?
Элементы ответа:
1) наличие кольцевой хромосомы, сходной с бактериальной;
2) наличие собственной системы биосинтеза белка, которая близка по своим свойствам к прокариотической;
3) способность размножаться делением.
Назовите одну-две основные функции клеточной мембраны?
Защитная и транспортная.
Как в настоящее время формулируется клеточная теория?
1) Все живые организмы состоят из клеток.
2) Клетки животных и растений сходны по строению, химическому составу, принципам обмена веществ.
3) Клетка — единица строения, функции, развития, размножения организмов.
4) Клетка — функциональная часть многоклеточного организма.
5) Клетка способна к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению
Укажите признаки, характерные для вирусов
Элементы ответа:
1) неклеточные формы жизни
2) генетический материал (ДНК или РНК) окружен белковой оболочкой
Каково строение и функции оболочки ядра?
Элементы ответа:
1) отграничивает содержимое ядра от цитоплазмы
2) состоит из наружной и внутренней мембран, сходных по строению с плазматической мембраной
3) имеет многочисленные поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой
Общая масса митохондрий по отношению к массе клеток различных органов крысы составляет: в поджелудочной железе — 7,9 %, в печени - 18,4 %, в сердце - 35,8 %. Почему в клетках этих органов различное содержание митохондрий?
Элементы ответа:
1) митохондрии являются энергетическими станциями клетки, в них синтезируются и накапливаются молекулы АТФ;
2) для интенсивной работы сердечной мышцы необходимо много энергии, поэтому содержание митохондрий в ее клетках наиболее высокое;
3) в печени количество митохондрий по сравнению с поджелудочной железой выше, так как в ней идет более интенсивный обмен веществ.
Развитие живой природы на земле привело к образованию двух основных групп организмов - растений и животных. Между животными и растениями, несмотря на внешние различия, существует много общего. Сходство растительных и животных клеток обнаруживается на элементарном химическом уровне. Современными методами химического анализа в составе живых организмов обнаружено около 90 элементов периодической системы. На молекулярном уровне сходство проявляется в том, что во всех клетках найдены белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины и т. д.
Особенность молекулярной организации растительных клеток состоит в том, что в них находится фотосинтезирующий пигмент - хлорофилл. Благодаря фотосинтезу в атмосфере Земли накапливается - кислород и ежегодно образуются сотни миллиардов тонн органических веществ. Растениям, как и животным, присущи такие свойства живого, как рост (деление клеток за счет митоза - прим. biofile.ru), развитие, обмен веществ, раздражимость, движение, размножение, причем половые клетки животных и растений формируются путем мейоза и в отличие от соматических имеют гаплоидный (n) набор хромосом. Клетки и растений, и животных окружены тонкой цитоплазматической мембраной. Однако у растений имеется еще толстая целлюлозная клеточная стенка. Клетки, окруженные твердой оболочкой, могут воспринимать из окружающей среды необходимые им вещества только в растворенном состоянии. Поэтому растения питаются осмотически. Интенсивность же питания зависит от величины поверхности тела растения, соприкасающейся с окружающей средой. Вследствие этого у большинства растений наблюдается значительно более высокая степень расчлененности, чем у животных, за счет ветвления побегов и корней. Существование у растений твердых клеточных оболочек обусловливает еще одну особенность растительных организмов - их неподвижность, в то время как у животных мало форм, ведущих прикрепленный образ жизни. Именно поэтому распространение животных и растений происходит в разные периоды онтогенеза: животные расселяются в личиночном или во взрослом состоянии; растения осваивают новые местообитания путем переноса ветром или животными зачатков (спор, семян), находящихся в состоянии покоя. Растительные клетки отличаются от клеток животных особыми органоидами-пластидами, а также развитой сетью вакуолей, в значительной мере обусловливающих осмотические свойства клеток. Животные клетки изолированы друг от друга, а у клеток растений каналы эндоплазматической сети через поры в клеточной стенке сообщаются друг с другом. В качестве запасных питательных веществ в клетках животных накапливается гликоген, а в растительных - крахмал. Форма раздражимости у многоклеточных животных - рефлекс, у растений – тропизмы и настии. У растений встречается как половое, так и бесполое размножение и у подавляющего большинства их существует чередование полового и бесполого поколений. У животных определяющей формой воспроизводства потомков служит половое размножение.
Низшие одноклеточные растения и одноклеточные простейшие животные трудно различимы не только внешне. Например, у эвглены зеленой – организма, стоящего как бы на границе растительного и животного мира, питание смешанное: на свету она синтезирует органические вещества с помощью хлоропластов, а в темноте питается гетеротрофно, как животное. Рост растений почти непрерывен, а у большинства животных он ограничен определенным периодом онтогенеза, после прохождения которого рост прекращается. Бесспорно то, что у современных растений и животных были общие предки. Именно они и послужили общим корнем для эволюционного развития и дивергенции растений и животных.
|
Растения |
Животные |
|
1 Клетки имеют целлюлозную оболочку и пластиды, вакуоли наполнены клеточным соком. |
1. Клетки лишены твердых оболочек, пластид, вакуолей. |
|
2 Растения автотрофы, способные к фотосинтезу (из неорганических веществ создавать органические вещества). |
2 Животные - гетеротрофы, способны питаться готовыми органическими веществами (но это не абсолютно - эвглена зеленая может фотосинтезировать на свету). |
|
3 Растения неподвижны (исключение: росянка, мимоза - свойственно движение отдельных частей организма). |
3 Животные передвигаются с помощью специальных органов: жгутиков, ресничек, конечностей. (Но некоторые ведут неподвижный образ жизни - это вторичное явление). |
|
4 Растения растут в течение всей своей жизни. |
4 У животных рост происходит только на определенных стадиях развития. |
|
5 Таких органов и систем органов, как у животных, у растений нет. |
5 В ходе эволюции возникли разнообразные органы и системы органов: движения, пищеварения, выделения, дыхания, кровообращения, нервная система и органы чувств. |
Различия в строении клеток растений и животных
В процессе эволюции, в связи с неодинаковыми условиями существования клеток представителей различных царств живых существ, возникло множество отличий. Сравним строение и жизнедеятельность клеток растений и животных.
Главное отличие между клетками этих двух царств заключается в способе их питания. Клетки растений, содержащие хлоропласты, являются автотрофами, т. е. сами синтезируют необходимые для жизнедеятельности органические вещества за счет энергии света в процессе фотосинтеза. Клетки животных - гетеротрофы, т. е. источником углерода для синтеза собственных органических веществ для них являются органические вещества, поступающие с пищей. Эти же пищевые вещества, например углеводы, служат для животных источником энергии.
Есть и исключения, такие как зеленые жгутиконосцы, которые на свету способны к фотосинтезу, а в темноте питаются готовыми органическими веществами. Для обеспечения фотосинтеза в клетках растений содержатся пластиды, несущие хлорофилл и другие пигменты.
Так как растительная клетка имеет клеточную стенку, защищающую ее содержимое и обеспечивающую постоянную ее форму, то при делении между дочерними клетками образуется перегородка, а животная клетка, не имеющая такой стенки, делится с образованием перетяжки.
Резкую границу между животными и растениями провести нельзя. Если высшие, сложно организованные животные и растения всегда резко отличаются друг от друга многими признаками, то их низшие формы, особенно одноклеточные животные и растения, нередко имеют черты сходства. Это свидетельствует об общности происхождения животных и растений.
Какие свойства характерны для высших растений?
Первое и, пожалуй, самое главное свойство растений - это способность к фотосинтезу. Организмы, использующие для питания синтезируемые ими же вещества, называются автотрофами, т.е. питание у растений автотрофное. Однако, как все в мире природы, подобное свойство есть не только у растений, но и у некоторых бактерий и протистов. Тем не менее, именно растения являются самыми главными фотосинтезирующими организмами на Земле. Благодаря сложным биохимическим процессам в зелёных клетках растений из воды и углекислого газа образуются органические соединения - углеводы (глюкоза). При этом от воды отщепляется кислород и выделяется в атмосферу. Второй , вытекающий отсюда признак - это свойственные только растениям пигменты: хлорофилл (зелёный), присутствующий во всех зеленых частях растений и выполняющий основную долю фотосинтеза, различные каратиноиды (красный, оранжевый, желтый), также фотосинтезирующие, благодаря которым листья осенью приобретают соответствующую окраску. Кроме того, существует множество других пигментов, обуславливающих разнообразие окраски цветков плодов и прочих частей растений.
Третий признак - это неограниченный рост. Растения, в отличие от животных, способны расти в течение всей своей жизни (с перерывами на зимний период). Здесь опять же нужно сказать о том, что расти в течение всей жизни способны и грибы.
Четвертый признак - особенность клеточного строения. У растений клетка снаружи помимо мембраны покрыта так называемой клеточной стенкой, состоящей из целлюлозы, которая является своеобразным каркасом клетки. У животных подобной клеточной стенки нет, а у грибов она состоит из хитина. В совокупности клеточные стенки придают тканям растений большую прочность.
