Эукарио́ты , или Я́дерные (лат. Eukaryota от греч. εύ- - хорошо и κάρυον - ядро) - домен (надцарство) живыхорганизмов , клетки которых содержат ядра . Все организмы, кроме бактерий и архей , являются ядерными (вирусы ивироиды также не являются эукариотами, но не все биологи считают их живыми организмами).
Гены устойчивости к антибиотикам или постепенная неэффективность антибиотиков в популяциях часто переносятся на плазмиды. Если эти плазмиды переносятся из резистентных клеток в ненасыщающие клетки, бактериальная инфекция в популяциях может стать намного сложнее контролировать.
Прокариотические клетки часто рассматриваются как «более простые» или «менее сложные», чем эукариотические клетки. Прокариотические клетки обычно имеют меньше видимых структур, а структуры, которые у них есть, меньше, чем у эукариотических клеток. Просто потому, что прокариотические клетки кажутся «простыми», не означает, что они каким-то образом уступают или меньше, чем эукариотические клетки и организмы. Принятие этого предположения может привести к серьезным неприятностям.
Животные , растения , грибы , а также группы организмов под общим названием протисты - все являются эукариотическими организмами. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными , но все имеют общий план строения клеток. Считается, что все эти столь несхожие организмы имеют общее происхождение, поэтому группа ядерных рассматривается как монофилетический таксон наивысшего ранга. Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,5–2 млрд. лет назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез - симбиоз между эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу , и поглощенными этой клеткой бактериями - предшественникамимитохондрий и пластидов .
Биологи теперь узнают, что бактерии способны общаться и сотрудничать друг с другом на уровне сложности, который соперничает с любой коммуникационной системой, когда-либо созданной людьми. Кроме того, некоторые архейские клетки способны процветать в таких агрессивных средах, что никакая эукариотическая клетка не выживет более чем на несколько секунд. Вы пытаетесь жить в горячем источнике, соленое озеро, вулкан или даже глубоко под землей. Прокариотические клетки также способны снимать вещества, о которых эукариотические клетки могли только мечтать, отчасти из-за их повышенной простоты.
Строение эукариотической клетки
Эукариотические клетки в среднем намного крупнее прокариотических , разница в объёме достигает тысяч раз. Клетки эукариот включают около десятка видов различных структур, известных как органоиды (или органеллы , что, правда, несколько искажает первоначальное значение этого термина), из которых многие отделены от цитоплазмы одной или несколькими мембранами (в прокариотических клетках внутренние органоиды, окруженные мембраной, встречаются редко). Ядро - это часть клетки, окружённая у эукариот двойной мембраной (двумя элементарными мембранами) и содержащая генетический материал: молекулы ДНК , «упакованные» в хромосомы . Ядро обычно одно, но бывают и многоядерные клетки.
Основные отличия про- и эукариотов
Быть крупнее и сложнее не всегда лучше. Эти клетки и организмы так же адаптированы к местным условиям, как и любой эукариот, и в этом смысле так же «эволюционировали», как и любой другой живой организм на Земле. Один вид бактериальной коммуникации, также известный как чувствительность кворума, - это то, где маленькие химические сигналы используются для подсчета количества бактерий.
Многие клетки не имеют митохондрий. Митохондрия, органелла, которая помогает вырабатывать энергию для клетки, встречается только у эукариот, организмов с относительно большими, сложными клетками. Эти организмы контрастируют с прокариотами, у которых отсутствуют мембранные органеллы, подобные митохондриям. Эукариоты включают все, от одноклеточного парамеция до растений, грибов и животных. Короче говоря, во многих клетках есть митохондрии, а многие донышки, и разница важна.
Деление на царства
Существует несколько вариантов деления надцарства эукариот на царства. Первыми были выделены царства растений иживотных . Затем было выделено царство грибов , которые из-за биохимических особенностей, по мнению большинства биологов, не могут быть причислены ни к одному из этих царств. Также некоторые авторы выделяют царства простейших ,миксомицетов , хромистов . Некоторые системы насчитывают до 20 царств. По системе Томаса Кавалир-Смита все эукариоты подразделяются на два монофилетических таксона - Unikonta и Bikonta . Положение таких эукариот, какколлодиктион (Collodictyon ) и Diphylleia , на данный момент не определено.
Позволяя организму использовать кислород, митохондрии поддерживали эволюцию более сложного организма. Ученые полагают, что митохондрия фактически началась как свободноживущий организм, который был поглощен другой клеткой. Вместо переваривания большая клетка содержала предок митохондрий внутри себя, обеспечивая пищу и укрытие, в то время как премитохондрии, в свою очередь, давали клетке-хозяину способность использовать кислород. Со временем митохондрии потеряли способность жить вне клетки-хозяина и наоборот.
Эукариоты без митохондрий
Ученые называют эту идею «теорией эндосимбиоза». Относительно простые организмы, такие как бактерии и археи, относятся к категории жизни, называемой прокариот. Прокариоты испытывают недостаток в большинстве структур, обнаруженных у эукариот, включая любые связанные с мембраной органеллы. Это включает митохондрии и ядро. Поскольку у бактерий нет митохондрий, подавляющее большинство из них не может использовать кислород так эффективно, как эукариот. В отличие от прокариот, эукариоты имеют более сложную структуру, включая связанные с мембраной органеллы, такие как митохондрии.
Отличия эукариот от прокариот
Важнейшая, основополагающая особенность эукариотических клеток связана с расположением генетического аппарата в клетке. Генетический аппарат всех эукариот находится в ядре и защищён ядерной оболочкой (по-гречески «эукариот» значит имеющий ядро). ДНК эукариот линейная (у прокариот ДНК кольцевая и находится в особой области клетки -нуклеоиде , который не отделён мембраной от остальной цитоплазмы). Она связана с белками-гистонами и другими белками хромосом, которых нет у бактерий.
Большинство эукариот имеют митохондрии, и все мультиклеточные эукариотки делают. Однако у нескольких однокамерных эукариотов нет митохондрий. Весь этот тип эукариот живет как паразиты. Считается, что эти особые эукариоты происходят от примитивных эукариотов, у которых никогда не было митохондрий, или у которых была «вторичная потеря», а это означает, что в какой-то момент их предки имели митохондрии, но позже потеряли их. Кроме того, некоторые многоклеточные эукариоты не имеют митохондрий в определенных клетках.
Например, человеческие эритроциты не имеют митохондрий, приспособление, которое либо уменьшает размер клеток, либо не позволяет им использовать кислород, который они переносят. Несколько других эукариотических органелл имеют важные общие черты с митохондриями. Хлоропласт очень похож. На самом деле считается, что хлоропласты произошли от сине-зеленых водорослей, которые в конечном итоге потеряли способность жить вне клеток, подобно митохондриям. Хлоропласты позволяют некоторым эукариотам, таким как растения и водоросли, использовать солнечный свет для получения энергии и кислорода для своих клеток, которые затем используются их митохондриями.
В жизненном цикле эукариот обычно присутствуют две ядерные фазы (гаплофаза и диплофаза). Первая фаза характеризуется гаплоидным (одинарным) набором хромосом, далее, сливаясь, две гаплоидные клетки (или два ядра) образуют диплоидную клетку (ядро), содержащую двойной (диплоидный) набор хромосом. Иногда при следующем делении, а чаще спустя несколько делений клетка вновь становится гаплоидной. Такой жизненный цикл и в целом диплоидность для прокариот не характерны.
Кроме того, гидрогеносома играет аналогичную роль с митохондриями, но функционирует в условиях, неблагоприятных для кислорода. Они изначально были известны как грибы и одноклеточные эукариотки, но недавно были обнаружены у очень маленьких простых животных, которые живут в кислородно-плохих морских днах.
Да, этот текст немного длиннее обычного. Но он короче книги. Он предлагает вам предложение: здесь вы можете испытать что-то в управляемое время, которое в противном случае позволяет вам только книгу, а именно вернуться от чтения с совершенно новыми идеями об обширной теме.
Третье, пожалуй, самое интересное отличие, - это наличие у эукариотических клеток особых органелл, имеющих свой генетический аппарат, размножающихся делением и окружённых мембраной. Эти органеллы - митохондрии и пластиды . По своему строению и жизнедеятельности они поразительно похожи на бактерий . Это обстоятельство натолкнуло современных учёных на мысль, что подобные организмы являются потомками бактерий, вступившими в симбиотические отношения с эукариотами. Прокариоты характеризуются малым количеством органелл, и ни одна из них не окружена двойной мембраной. В клетках прокариот нет эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи, лизосом.
Кто такие эукариоты
Большая часть этого не будет соответствовать вашей нынешней идее эволюции и удивит вас. Вот несколько ключевых слов, о чем речь. Линии в «родословной» эволюции не только разветвляются, но и течет вместе: два становятся едиными. И поэтому семейное дерево не дерево. в эукариотической клетке несколько других клеток укладываются друг в друга, как в русской кукле. И, возможно, вы составлены гораздо более простым способом - живая мозаика. «Конкуренция» и выживание наиболее приспособленных являются эволюцией только одного принципа среди других. Вместе так же важно, как друг против друга. . Он также занимается контрабандой вирусов и гарпуном книдариев, лейкоцитов и нейронов, русских симбиогенетистов и гадкой бенгальской смоковницы.
Ещё одно важное различие между прокариотами и эукариотами - наличие у эукариот эндоцитоза , в том числе у многих групп - фагоцитоза . Фагоцитозом (дословно «поедание клеткой») называют способность эукариотических клеток захватывать, заключая в мембранный пузырёк, и переваривать самые разные твёрдые частицы. Этот процесс обеспечивает в организме важную защитную функцию. Впервые он был открыт И. И. Мечниковым у морских звёзд. Появление фагоцитоза у эукариот скорее всего связано со средними размерами (далее о размерных различиях написано подробнее). Размеры прокариотических клеток несоизмеримо меньше, и поэтому в процессе эволюционного развития эукариот у них возникла проблема снабжения организма большим количеством пищи. Как следствие среди эукариот появляются первые настоящие, подвижные хищники .
И важно иметь возможность оценить все это: ведь мы все живы сами и поэтому являемся частью эволюции. На наших глазах возникает совершенно новый образ мышления, который имеет то, что нужно для того, чтобы изменить наше мировоззрение далеко за пределами биологии, и вряд ли кто-нибудь будет выглядеть. Часто все совсем по-другому, чем вы думаете. Это также относится к жизни, то есть к жизни, к биологическому - то есть ко всем деревьям и травам, птицам, червям и бактериям, которые вокруг нас и, конечно, для нас самих.
Обычно люди думают, что все живые существа каким-то образом разошлись по прямой линии, на линиях с ветвями слева и справа: птицы от динозавров, люди от обезьян, растения от водорослей и все в одно время от примитивной клетки или от нескольких. Если попытаться представить это в целом, перед внутренним глазом появляется дерево. Толстый, корявый дуб, который поднимается в ветвях для разных видов, и где-то там, мы приседаем, человек.
Большинство бактерий имеет клеточную стенку, отличную от эукариотической (далеко не все эукариоты имеют её). У прокариот это прочная структура, состоящая главным образом измуреина (у архей из псевдомуреина). Строение муреина таково, что каждая клетка окружена особым сетчатым мешком, являющимся одной огромной молекулой. Среди эукариот клеточную стенку имеют многие протисты , грибы и растения. У грибов она состоит из хитина и глюканов , у низших растений - из целлюлозы и гликопротеинов , диатомовые водоросли синтезируют клеточную стенку из кремниевых кислот, у высших растений она состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и пектина . Видимо, для более крупных эукариотических клеток стало невозможно создавать клеточную стенку из одной молекулы высокую по прочности. Это обстоятельство могло заставить эукариот использовать иной материал для клеточной стенки. Другое объяснение состоит в том, что общий предок эукариот в связи с переходом к хищничеству утратил клеточную стенку, а затем были утрачены и гены, отвечающие за синтез муреина. При возврате части эукариот к осмотрофному питанию клеточная стенка появилась вновь, но уже на другой биохимической основе.
Подобная структура, вероятно, неизбежна, если услышать слово «эволюция». И если тогда возникает вопрос, что заставляет это дерево прорастать и расти, тогда даже до того, как вопрос даже задумается, в борьбе за существование, в выживании наиболее приспособленных, во всей известной идее конкуренции и, конечно же, в мутации и выбор. Итак, вы в теориях Дарвина. Точнее: в их современных утонченностях Дарвин ничего не знал о мутации - и их несколько грубой форме, подобной гравюре. Но когда вы пытаетесь представить что-то сложное, как эволюция в целом, оно всегда становится немного грубым.
Разнообразен и обмен веществ у бактерий. Вообще всего выделяют четыре типа питания, и среди бактерий встречаются все. Это фотоавтотрофные, фотогетеротрофные, хемоавтотрофные, хемогетеротрофные (фототрофные используют энергию солнечного света, хемотрофные используют химическую энергию). Эукариоты же либо сами синтезируют энергию из солнечного света, либо используют готовую энергию такого происхождения. Это может быть связано с появлением среди эукариотов хищников, необходимость синтезировать энергию для которых отпала.
И вы во многом совершенно согласны с этими идеями. Потому что все это - мутация и селекция, линии разветвленных видов, конкуренция - безусловно, играет важную роль в развитии биологических видов. Но по-другому вы ошибаетесь. Потому что совсем немного, как показали недавние исследования, принципиально отличается по своей эволюции, чем предлагает большая картина Дарвина.
Его основная работа «О происхождении видов» появилась более 20 лет спустя. Не всегда ли это подозрение? Даже если за почти четыре миллиарда лет произойдет много, - пока кто-то подозревает, на земле есть жизнь. Дерево ветвящихся видов: в эволюции клеток, например, их нет. Или, точнее, в генеалогическом дереве ячеек есть не только бифуркации, но и ветви растут друг в друге. И это гораздо более важно для их эволюции.
Ещё одно отличие - строение жгутиков. У бактерий они тонкие - всего 15–20 нм в диаметре. Это полые нити из белка флагеллина . Строение жгутиков эукариот гораздо сложнее. Они представляют собой вырост клетки, окруженный мембраной, и содержат цитоскелет (аксонему) из девяти пар периферических микротрубочек и двух микротрубочек в центре. В отличие от вращающихся прокариотическох жгутиков жгутики эукариот изгибаются или извиваются.
Клетки существуют в двух разных вариантах: имеются клетки без ядра и клетки с ядром, прокариотическими и эукариотическими клетками. Из эукариотических клеток все высшие организмы, разумеется, мы сами. Прокариотические клетки являются клетками бактерий.
Сравнение структуры прокариотической бактериальной клетки и эукариотической клетки. Помимо вопроса «с ядром или без?» Есть еще больше различий между двумя типами ячеек. Эукариотические клетки более сложны и более крупные, но прежде всего есть что-то внутри, которое не существует в прокариотических клетках: эукариотические клетки имеют митохондрии и, если они являются растительными клетками, хлоропласты.
Две группы рассматриваемых нами организмов, как уже было сказано, сильно отличаются и по своим средним размерам. Диаметр прокариотической клетки составляет обычно 0,5–10 мкм, когда тот же показатель у эукариот составляет 10–100 мкм. Объём такой клетки в 1000–10000 раз больше, чем прокариотической.
Рибосомы прокариот мелкие (70S-типа). Клетки эукариот содержат как более крупные рибосомы 80S-типа, находящиеся в цитоплазме, так и 70s-рибосомы прокариотного типа, расположенные в митохондриях и пластидах.
Оба - хлоропласты и митохондрии - представляют собой небольшие овальные тела в цитоплазме, которые используются для выработки энергии. Хлоропласты, в которых обнаружен зеленый хлорофилл, могут наблюдаться каждый день почти в астрономических числах, поскольку они трансформируют солнечный свет в химическую энергию во время фотосинтеза. Митохондрии и хлоропласты не менее важны для эукариотической клетки, чем для желудка или самого кишечника.
Долгое время считалось, что эукариотические клетки являются дальнейшим развитием прокариотического, то есть немного дальше или на вершине той же эволюционной ветви. Считалось, что митохондрии и хлоропласты эволюционировали в самой клетке в процессе эволюции, например, клеточная мембрана, инвагинавшая внутрь, в какой-то мешок, в котором могли бы протекать соответствующие биохимические процессы.
Видимо, различается и время возникновения этих групп. Первые прокариоты возникли в процессе эволюции около 3,5 млрд. лет назад, от них около 1,2 млрд. лет назад произошли эукариотические организмы.
Всем видам эукариот свойственны оба вида размножения. 1) Бесполое размножение: -одноклеточные: -митотическое деление; -шизогония (множественное деление); -почкование; -спорообразование; -многоклеточные: -вегетативное размножение; -спорообразование. 2)Половое размножение: одноклеточные: -конъюгация (половой процесс, происходящий при слиянии двух вегетативных клеток); -копуляция (процесс слияния двух половых клеток или двух особей); многоклеточные: -без оплодотворения; -с оплодотворением.
Однако, что мы знаем сегодня, это не так. Ни митохондрии, ни хлоропласты вообще не относятся к клетке. Они были добавлены извне. Когда-то они были одинокими, независимыми живыми существами, а именно бактериями, то есть прокариотическими клетками. История прошла примерно так. На ранней стадии эволюции, примерно 1, 5-2 миллиарда лет назад, предшественники современных митохондрий и хлоропластов - в то время независимых бактерий - вступили в контакт с предшественниками сегодняшних эукариотических клеток в вездесущем.
Эти дохлоропласты и пре-митохондрии, вероятно, даже служили пищей для клетки, предшественницы эукариот. Однако в некоторых случаях еда может быть не завершена. Это сотрудничество, похоже, хорошо работает. Партнеры остались вместе до сегодняшнего дня, первая жертва стала фиксированной функциональной частью клетки - клеточной органеллы. Хотя мы не можем реконструировать детали событий того времени, мы, конечно, знаем из генетического тестирования, что такое слияние произошло.
Эукариоты - это наиболее прогрессивно устроенные организмы. В нашей статье мы рассмотрим, кто из представителей живой природы относится к этой группе и какие черты организации позволили занять им господствующее положение в органическом мире.
Кто такие эукариоты
Согласно определению понятия, эукариоты - это организмы, клетки которых содержат оформленное ядро. К ним относятся следующие царства: Растения, Животные, Грибы. Причем не имеет значения, насколько сложно устроен их организм. Микроскопическая амеба, колонии вольвокса, - все они эукариоты.
Хотя клетки настоящих тканей иногда могут быть лишены ядра. К примеру, его нет в эритроцитах. Вместо этого данная клетка крови содержит гемоглобин, переносящий кислород и углекислый газ. Подобные клетки содержат ядро только на первых этапах своего развития. Потом данная органелла разрушается, а вместе с этим и теряется способность всей структуры к делению. Поэтому, выполнив свои функции, подобные клетки погибают.
Строение эукариотов
В клетках всех эукариотов есть ядро. Причем иногда даже не одно. Эта двумембранная органелла содержит в своем матриксе генетическую информацию, зашифрованную в виде молекул ДНК. Ядро состоит из поверхностного аппарата, который обеспечивает транспорт веществ, и матрикса - его внутренней среды. Основная функция данной структуры - хранение наследственной информации и ее передача дочерним клеткам, образующимся в результате деления.
Внутренняя среда ядра представлена несколькими составляющими. Прежде всего это кариоплазма. В ней находятся ядрышки и нити хроматина. Последние состоят из белков и нуклеиновых кислот. Именно при их спирализации формируются хромосомы. Они непосредственно являются носителями генетической информации. Эукариоты - это организмы, у которых в некоторых случаях могут формироваться ядра двух видов: вегетативные и генеративные. Яркий пример этому - инфузория. Ее генеративные ядра осуществляют сохранность и передачу генотипа, а вегетативные - регуляцию
Основные отличия про- и эукариотов
Прокариоты не имеют оформленного ядра. К этой группе организмов относится единственное - Бактерии. Но такая черта строения вовсе не означает, что в клетках данных организмов отсутствуют носители генетической информации. Бактерии содержат кольцевые молекулы ДНК - плазмиды. Однако расположены они в виде скоплений в определенном месте цитоплазмы и не имеют общей оболочки. Такая структура называется нуклеоид. Есть и еще одно отличие. ДНК в клетках прокариотов не связана с белками ядра. Учеными установлено существование плазмид и в клетках эукариотов. Они находятся в некоторых полуавтономных органеллах, например, в пластидах и митохондриях.
Прогрессивные черты строения
К эукариотам относятся организмы, которые отличаются более сложными чертами строения на всех уровнях организации. Прежде всего это касается способа размножения. Нуклеоид бактерий обеспечивает самый простой из них - надвое. Эукариоты - это организмы, которые способны и ко всем видам воспроизведения себе подобных: половому и бесполому, партеногенезу, конъюгации. Это обеспечивает обмен генетической информацией, появление и закрепление в генотипе ряда полезных признаков, а значит, и лучшую адаптацию организмов к постоянно меняющимся условиям окружающей среды. Эта особенность и позволила эукариотам занять господствующее положение в системе органического мира.
Итак, эукариотами являются организмы, в клетках которых есть оформленное ядро. К ним относятся растения, животные и грибы. Наличие ядра является прогрессивной чертой строения, обеспечивающей высокий уровень развития и адаптации.