Многоклеточный организм. Многоклеточные животные Первые многоклеточные организмы на земле

Большая международная группа палеонтологов обнаружила в Габоне в отложениях возрастом 2,1 млрд лет ископаемые остатки живых существ сантиметрового размера, напоминающих плоских червей. С большой вероятностью эти организмы были многоклеточными эукариотами. До сих пор древнейшими свидетельствами существования многоклеточной жизни считались спиралевидные углеродистые ленты Grypania возрастом до 1,9 млрд лет, трактуемые как водоросли.

Во времена Дарвина древнейшими известными ископаемыми организмами были обитатели морей кембрийского периода, который, как мы теперь знаем, начался 542 млн лет назад. Докембрийские толщи считались «мертвыми», и Дарвин видел в этом факте серьезный аргумент против своей теории. Он предполагал, что кембрийскому периоду должна была предшествовать длительная эпоха постепенного развития жизни, хотя и не мог объяснить, почему следы этой жизни до сих пор не найдены. Может быть, просто плохо искали?

Развитие палеонтологии в XX веке блестяще подтвердило догадки Дарвина. В докембрийских осадочных толщах обнаружилось множество недвусмысленных признаков существования живых организмов. Подавляющее большинство докембрийских находок - это окаменелые остатки микробов и разнообразные следы их жизнедеятельности.

Самым ранним свидетельством жизни считается облегченный изотопный состав углерода из графитовых включений в кристаллах апатита, найденных в Гренландии в отложениях возрастом 3,8 млрд лет. Древнейшие окаменелости, очень похожие на бактерий, и первые строматолиты - слоистые минеральные образования, возникшие в результате жизнедеятельности микробных сообществ - имеют возраст 3,55–3,4 млрд лет. Следы микробной жизни становятся многочисленнее и разнообразнее по мере уменьшения возраста пород (М. А. Федонкин, 2006. Две летописи жизни: опыт сопоставления (палеобиология и геномика о ранних этапах эволюции биосферы)).

Вопрос о времени появления первых эукариот и первых многоклеточных остается спорным. Большинство современных типов животных стали бурно развиваться только в начале кембрия, однако еще раньше - в вендском, или эдиакарском периоде (635–542 млн лет назад) в морях появились разнообразные и многочисленные мягкотелые существа, в том числе довольно крупные, которые большинством специалистов трактуются как многоклеточные животные (Я. Е. Малаховская, А. Ю. Иванцов. Вендские жители земли ; Тайна эмбрионов Доушаньтуо раскрыта , «Элементы», 12.04.2007). Еще раньше, в криогеновом периоде (850–635 млн лет назад), обнаружены химические следы присутствия примитивных многоклеточных животных - губок.

До-эдиакарские находки макроскопических ископаемых весьма редки и вызывают бурные споры (о некоторых из этих находок рассказано в заметке Животные появились свыше 635 миллионов лет назад , «Элементы», 09.02.2009; там же приведена подборка ссылок по теме). Как правило, чем древнее такие находки, тем они сомнительнее. До сих пор самым древним ископаемым существом, которое можно более или менее уверенно интерпретировать как многоклеточное, считалась грипания (Grypania ). Этот организм сохранился в виде спиралевидных углеродистых лент, напоминающих какую-то водоросль; возраст находок - до 1,9 млрд лет (М. А. Федонкин. Геохимический голод и становление царств ; Размер живых существ увеличивался скачками , «Элементы», 31.12.2008). Впрочем, некоторые авторы считают, что грипания могла быть очень крупной и сложной колонией цианобактерий.

В последнем номере журнала Nature большая группа палеонтологов из Франции, Швеции, Дании, Бельгии, Канады и Германии сообщила о новой уникальной находке, сделанной в раннепротерозойских морских отложениях на юго-востоке Габона. Возраст осадочной толщи, в которой заключены окаменелости, был определен с большой точностью при помощи нескольких независимых радиометрических методов. Он составляет 2100±30 млн лет, то есть на 200 млн лет старше самой древней грипании.

Авторы извлекли из породы более 250 образцов с окаменевшими остатками странных существ продолговатой или почти округлой формы. Их длина варьирует от 7 до 120 мм, ширина - от 5 до 70 мм, толщина - от 1 до 10 мм. Плотность организмов достигает 40 штук на квадратный метр, причем вместе встречаются экземпляры разного размера и ориентации.

При помощи компьютерной рентгеновской томографии авторы получили красивые объемные изображения древних организмов. На них хорошо видна уплощенная волнистая «кайма» с радиальной складчатостью. Складчатая область обычно доходит до внешнего края тела, но у некоторых экземпляров складки заметны только на внутренней части каймы, а у некоторых отсутствуют вовсе.

У многих крупных экземпляров в средней части тела присутствуют включения пирита двух типов: плоские «листы» и округлые гранулы. Анализ изотопного состава серы в этих пиритовых образованиях показал, что «листы» образовались вскоре после смерти организмов в результате деятельности сульфат-редуцирующих бактерий, причем концентрация сульфата в окружающей воде должна была быть довольно высокой. Округлые гранулы образовались на более поздних этапах диагенеза и поэтому не несут информации о форме и строении ископаемых существ. Различия в концентрации стабильного изотопа углерода 13 C в остатках организмов и в окружающей породе дополнительно подтвердили, что эти окаменелости не являются какими-то неорганическими образованиями. В породе обнаружены стераны - органические молекулы, происходящие от эукариотических мембранных стеролов. Это надежный признак присутствия эукариотической жизни.

По мнению авторов, найденные остатки принадлежат колониальным организмам, скорее всего колониальным эукариотам. Колонии бактерий могут иметь похожую форму и фестончатые края, но габонские находки имеют более сложную структуру, чем известные бактериальные колонии. По мнению авторов, структура этих организмов указывает на то, что они росли за счет координированного деления клеток, обменивавшихся сигналами между собой, как это происходит в ходе развития многоклеточных эукариот. К тому же присутствие стеранов недвусмысленно указывает на эукариотическую природу древних существ.

Химический анализ породы показал, что эти морские осадки формировались в присутствии заметных количеств свободного кислорода. Поэтому вполне возможно, что габонские организмы были аэробными (дышали кислородом), как и положено нормальным эукариотам. По современным данным, первое существенное увеличение концентрации кислорода в гидросфере и атмосфере (Great oxygenation event) произошло 2,45–2,32 млрд лет назад, то есть примерно за 200 млн лет до времени жизни габонских организмов.

Авторы воздержались от попыток более точного определения родственных связей новооткрытых существ. Известно, что разные группы эукариот независимо переходили к многоклеточности десятки раз, и найденные в Габоне существа, возможно, представляют собой одну из самых ранних попыток такого рода.

Вероятно, 700-900 млн лет назад на Земле появились первые многоклеточные животные и растения. У растений возникновение многоклеточного уровня организации, вероятно, произошло на основе дифференциации лентообразных колоний, образовавшихся путем бокового срастания прикрепленных нитчатых форм или благодаря делению клеток последних в двух взаимно перпендикулярных направлениях (в одной плоскости). У колоний, прикрепленных одним концом к субстрату, различные участки находились в разных условиях по отношению к падающему свету, субстрату и водной среде. В связи с этим естественный отбор благоприятствовал возникновению некоторой дифференциации частей колонии. Первым шагом было возникновение полярности колонии; на одном ее конце выделялись клетки, служившие для прикрепления к субстрату (для них характерно ослабление фотосинтеза, потеря способности к делению), на другом же конце - верхушечные клетки, интенсивно делившиеся и образовавшие своего рода «точку роста» колонии. Естественный отбор благоприятствовал приобретению клетками колонии способности делиться в разных направлениях; это приводило к ветвлению, что увеличивало поверхность колонии. Деление клеток вдоль трех взаимно перпендикулярных осей или переплетение отдельных нитей вело к возникновению многослойного «объемного» тела. В процессе его дальнейшей дифференциации сформировались многоклеточные органы, выполнявшие разные функции (фиксация на субстрате, фотосинтез, размножение). Одновременно между разными клетками растения складывалась определенная взаимозависимость, что, собственно говоря, и знаменует достижение многоклеточного уровня организации.

У животных активный образ жизни требовал более совершенной и сложной дифференциации организма, чем у растений. Сложность организации многоклеточных животных (Metazoa) и разнообразие ее конкретных форм стимулировали разработку различных гипотез о происхождении Metazoa .

Первая из них берет начало в работах Э. Геккеля, который в разработке своей теории гастреи основывался на сформулированном им биогенетическом законе, согласно которому онтогенез данного вида организмов представляет собой сжатое и сокращенное повторение (рекапитуляцию) хода филогенеза его предков (подробнее см. в ч. ГУ). В соответствии с этим Э. Геккель полагал, что филогенез древнейших Metazoa в определенной степени повторяется в онтогенезе современных низших многоклеточных животных (рис. 28). Согласно Геккелю, предками Metazoa были колониальные простейшие, обладавшие сферическими колониями с однослойной стенкой, подобными бластуле - одной из ранних

Рис. 28.

а - бластула; 6 - гаструляция; в-г - гаструла (внешний вид и продольный

разрез) стадий эмбрионального развития современных многоклеточных животных. Геккель назвал эту гипотетическую предковую форму «бластеей». При направленном плавании сферическая колония - бластея - ориентировалась одним полюсом вперед, как это наблюдается и у современных колониальных простейших, например у Volvox. Согласно Геккелю, на переднем полюсе колонии возникло впячивание ее стенки внутрь, подобно тому, как это происходит при инвагинационной гаструляции в онтогенезе некоторых современных Metazoa. В результате образовался многоклеточный организм - «гастрея», стенка тела которого состоит из двух слоев, экто- и энтодермы. Энтодерма окружает внутреннюю полость - первичный кишечник, открытый наружу единственным отверстием - первичным ртом. Организация гастреи соответствует принципиальному плану строения кишечнополостных (тип Coelenterata), которых Геккель и рассматривал как наиболее примитивных многоклеточных животных.

И. И. Мечников обратил внимание на то, что у примитивных кишечнополостных гаструляция происходит не путем инвагинации (впячивания одного полюса однослойного зародыша - бластулы), что характерно для более высокоорганизованных групп, а посредством миграции некоторых клеток из однослойной стенки тела внутрь (рис. 29). Там они образуют рыхлое скопление, позднее организующееся в виде стенок гастральной полости, которая прорывается наружу ротовым отверстием. Такой способ гаструляции гораздо проще, чем инвагинация, так как не требует сложного направленного и координированного смещения целого пласта клеток, и, вероятно, примитивнее инвагинации. В связи с этим Мечников модифицировал гипотезу Геккеля следующим образом. В сфероидной колонии простейших - жгутиконосцев клетки ее однослойной стенки, захватывавшие (фагоцитировав-

Рис. 29. Гаструляция зародыша гидроидного полипа Stomateca (из И.А. Иоффа) шие) пищу, мигрировали для ее переваривания внутрь, в полость колоний (подобно миграции клеток будущей энтодермы в процессе гаструляции кишечнополостных). Эти клетки образовали рыхлое внутреннее скопление - фагоцитобласт, функцией которого стало обеспечение всего организма пищей, включая ее переваривание и распределение, тогда как поверхностный слой клеток - кинобласт - осуществлял функции защиты и движения организма. Для захвата новых пищевых частиц клеткам фагоци- тобласта, по мысли Мечникова, не было необходимости возвращаться в поверхностный слой: располагаясь непосредственно под кинобластом, клетки фагоцитобласта захватывали пищевые частицы псевдоподиями, выдвигаемыми наружу в промежутках между клетками фагоцитобласта. Эта гипотетическая стадия эволюции Metazoa была названа Мечниковым фагоцителлой (или паренхимеллой); ее строение соответствует таковому паренхимулы, личинки некоторых кишечнополостных и губок. В дальнейшем как приспособление к повышению активности питания у потомков фагоцителлы произошла эпителизация фагоцитобласта с образованием первичного кишечника и возникновением ротового отверстия в том месте, где происходила преимущественная миграция клеток внутрь. По мнению некоторых ученых, это место, вероятно, соответствовало заднему по направлению движения полюсу тела, где при плавании возникают завихрения водяного потока, и поэтому условия наиболее благоприятны для захвата пищевых частиц. Гипотеза Мечникова, как и гипотеза Геккеля, рассматривает в качестве наиболее примитивных многоклеточных животных кишечнополостных и губок.

Важные сведения для понимания ранних этапов эволюции Metazoa были получены при изучении крайне примитивного многоклеточного животного трихоплакса (Trichoplax adhaerens), обнаруженного в Красном море Ф. Шульце еще в 1883 г., но детально исследованного лишь в 1970-е гг. нашего века К. Греллом и А. В. Ивановым. Трихоплакс (рис. 30) имеет уплощенное тело, лишенное полярности. Поверхность тела, обращенная вверх, покрыта плоским, а нижняя - цилиндрическим мерцательным эпителием. Внутри, между эпителиальными слоями, соответствующими кинобласту, находится полость с жидким содержимым, в котором располагаются веретеновидные и звездчатые клетки. Эти последние можно рассматривать как фагоцитобласт. Размножается трихоплакс бесполым способом - делением и почкованием. А. В. Иванов указал, что трихоплакс представляет собой как бы живую модель фагоцителлы, и предложил выделить эту форму в особый тип животных Phagocytellozoa. По-видимому, трихоплакс подкрепляет позиции гипотезы фагоцителлы И. И. Мечникова Однако по современным представлениям непосредственными

Рис. 30.

и - изменения формы тела одной особи (по Ф. Шульце); б - разрез, перпендикулярный краям тела (по А. В. Иванову): 1 - амебоидные клетки; 2 - спинной эпителий; 3 - веретеновидные клетки; 4 - жировые включения; 5 - пищеварительные вакуоли; 6 - брюшной эпителий

потомками фагоцителлозой среди многоклеточных были не кишечнополостные, а примитивные червеобразные животные, близкие по уровню организации к плоским ресничным червям - тур- белляриям.

Первые ископаемые следы жизнедеятельности червеобразных многоклеточных животных известны из позднерифейских отложений. В вендское время (650-570 млн лет назад) существовали уже разнообразные животные, вероятно принадлежавшие к различным типам. Немногочисленные отпечатки мягкотелых вендских животных известны из разных районов всех континентов земного шара, кроме еще малоисследованной Антарктиды. Ряд интересных находок был сделан в позднепротерозойских отложениях на территории России - на Кольском полуострове, в Архангельской области, на реке Мая и на Оленекском поднятии в Якутии и т. д.

Рис. 31.

1-10 - кишечнополостные (/ - Ediacara; 2 - Beltanella; 3 - Mcdusinitcs; 4 - Mawsonites; 5-6- Cyclomedusa; 7 - Conomedusites; 8 - Rangea; 9- Arborea; 10 - Pteridinium); 11-14 - плоские и кольчатые черви (11 - Spriggina; 12-14 - Dickinsonia); 15-16 - членистоногие (15 - Parvancorina; 16 - Praecambridium); 17 - иглокожее Tribrachidium; 18 - шарообразные студенистые организмы

Наиболее известна богатая позднепротерозойская фауна, обнаруженная в Центральной Австралии в районе Эдиакары к северу от г. Аделаида. Исследовавший эту фауну М. Глесснер считает, что она включает несколько десятков видов очень разнообразных многоклеточных животных, относящихся к разным типам (рис. 31). Большинство форм принадлежат, вероятно, к кишечнополостным. Это медузоподобные организмы, вероятно «парившие» в толще воды (Ediacara flindersi, Beltanella gilesi, Medusinites asteroides и др.), и прикрепленные к морскому дну полипоидные формы, одиночные или колониальные, напоминающие современных кораллов альционарий, или морские перья (Rangea longa, Arborea arborea, Pteridinium simplex и др.). Замечательно, что все они, как и другие животные эдиакарской фауны, лишены твердого скелета.

Кроме кишечнополостных в составе эдиакарской фауны найдены остатки червеобразных животных, причисляемых к плоским и кольчатым червям (Spriggina floundcri и разные виды Dickinsonia). Некоторые виды организмов интерпретируют как возможных предков членистоногих (Praecambridium sigillum, напоминающий по характеру сегментации тела трилобитов и хелицеровых) и иглокожих (Tribrachidium heraldicum с телом дисковидной формы, на плоской поверхности которого выступают три валика, и Arkaria

adami с пятилучевой звездообразной впадиной на ротовой стороне тела и с подобием амбулакральных желобков). Наконец, имеется целый ряд ископаемых организмов неизвестной таксономической принадлежности.

Многие вендские организмы были обнаружены также в вендских отложениях разных районов России: медузоподобные эдиа- кария и медузинитес - на полуострове Рыбачьем, птеридиниум - на севере Якутии, напоминающая сприггину вендия - в районе Яренска Архангельской области и т. д. Местонахождения вендской фауны, по богатству не уступающие эдиакарскому, были найдены на реке Сюзьма на Онежском полуострове и на Зимнем берегу Белого моря. Здесь были обнаружены ископаемые остатки свыше 30 видов бесскелетных многоклеточных животных, размеры которых варьировали от 3 мм до 30 см. Среди них вероятные представители кишечнополостных, плоских и кольчатых червей, членистоногих, иглокожих, а также ряд форм, принадлежащих к каким-то неизвестным группам. Вообще родство вендских организмов с современными группами, большинство из которых достоверно известно начиная с кембрия, остается проблематичным - различия очень велики, и некоторые исследователи считают, что известные ныне вендские организмы не связаны прямым родством с более поздними кембрийскими, а представляют слепые эволюционные ветви.

М. А. Федонкин, исследовавший Беломорскую фауну вендских животных, полагает, что некоторые из этих организмов обладают признаками нескольких разных типов животных и могут представлять исходные формы, занимающие промежуточное положение. Федонкин обратил также внимание на сходство ряда вендских организмов с личиночными стадиями некоторых современных животных, хотя вендские организмы имеют значительно более крупные размеры, чем соответствующие личинки. При всем разнообразии планов строения тела у организмов вендской фауны («вендобионтов») их объединяют некоторые общие черты организации: отсутствие скелета, конечностей, вероятно, также дыхательных и пищеварительных органов. Многие вендобионты вели неподвижный прикрепленный образ жизни. Некоторые исследователи полагают, что вендские организмы питались осмотически через поверхность тела или же с помощью живших в их теле фото- или хемосинтезирующих симбионтов - одноклеточных водорослей и бактерий.

Хотя среди вендских животных преобладают мягкотелые бес- скелетные формы, вероятно, в те времена существовали уже и немногие виды, обладавшие раковиной. Такова, например, Cloudina, имевшая простую трубчатую раковину, состоявшую из органического вещества и кальцита. Клаудина была обнаружена в карбонатных породах, которые переслаиваются с отложениями, содержащими остатки эдиакарской фауны мягкотелых животных.

Все эти данные указывают на широкое распространение фаун мягкотелых животных в вендское время. Накопление материалов по вендским ископаемым организмам позволило некоторым исследователям поставить вопрос о расширении рамок фанерозоя, с включением в его состав «эдиакария» - периода, охватывающего промежуток времени от 670 до 550 млн лет назад (в приведенной на с. 149 схеме геохронологии этот период соответствует венду в составе протерозоя).

Поскольку вендская фауна столь разнообразна и включает довольно высокоорганизованных животных, очевидно, что до ее возникновения эволюция Metazoa продолжалась уже очень долго. Вероятно, многоклеточные животные появились значительно раньше - где-то в промежутке 700-900 млн лет назад .

Таким образом, в позднем протерозое (600-650 млн лет назад) уже существовали такие группы многоклеточных животных, как губки, кишечнополостные, плоские и кольчатые черви и даже, возможно, предки членистоногих. Судя по достигнутому уровню организации, можно предполагать, что к этому времени обособились также эволюционные стволы нитчатых червей (тип Nemathelminthes), предков моллюсков и предков вторичноротых животных - олигомерных червей.

Докембрийский филогенез Metazoa можно гипотетически представить следующим образом (рис. 32). От колониальных жгутиковых (по мнению ряда авторов - от гетеротрофных форм, принадлежавших к отряду Protomonadida) путем дифференциации и интеграции колонии, с миграцией внутрь колонии клеток фа- гоцитобласта на заднем полюсе тела, возникли первые многоклеточные животные, организация которых соответствовала фа- гоцителле (по И. И. Мечникову). Мало изменившимися потомками этих древнейших многоклеточных являются современные Phagocytellozoa (Trichoplax adhaerens). Примитивные многоклеточные были свободноплавающими (за счет работы мерцательного эпителия - кинобласта) животными, питавшимися различными микроорганизмами - простейшими и одноклеточными водорослями.

При дальнейшем развитии приспособлений к активному питанию происходила постепенная эпитслизация фагоцитобласта, т. е.

Рис. 32.

преобразование рыхлого скопления клеток в организованный клеточный пласт - эпителий кишечника. Эпителизация фагоцито- бласта, вероятно, началась с развития на заднем по движению полюсе тела постоянного ротового отверстия. Как отметил К. В. Беклемишев, на этой стадии филогенеза организм стал питаться как целое, а не как совокупность отдельных самостоятельно фагоцитирующих клеток. Вероятно, к этому времени сформировалась и интегрирующая организм нервная система в виде эпителиального нервного сплетения. Активное плавание требовало способности ориентироваться в пространстве и координировать работу всех органов. Для осуществления этих функций на аборальном (противоположном ротовому отверстию) полюсе тела возник нейро-рецепторный комплекс, включавший нервный ганглий, осязательные щетинки и статоцист (орган равновесия). Подобный аборальный орган имеется у современных гребневиков (тип Ctenophora), а также у свободноплавающих личинок очень многих групп животных: плоских и кольчатых червей, моллюсков, членистоногих, полухордовых, иглокожих и др. Эту гипотетическую стадию филогенеза древних Metazoa можно назвать «стомо- фагоцителлой» (подчеркивая эпителизацию лишь ротового отдела фагоцитобласта).

Возможно, на этой стадии филогенеза произошла первая крупная дивергенция филогенетического ствола древних многоклеточных, связанная с тем, что некоторые группы этих животных перешли к освоению морского дна, другие же продолжали совершенствовать приспособления к активной жизни в толще воды.

Современные низшие плоские черви - бескишечные турбел- лярии (Acoela) в целом сохранили тот уровень организации, который, вероятно, был характерен для древнейших многоклеточных, впервые перешедших к освоению подвижного образа жизни на дне водоемов. От вендских представителей этих турбеллярий могли возникнуть филогенетические стволы, ведущие к другим группам плоских червей, к нитчатым червям и к предкам кольчатых червей (протоаннелидам). От протоаннелид обособились, с одной стороны, предки моллюсков, с другой - предки членистоногих. У всех этих групп произошла дальнейшая дифференциация фагоцитобласта. У низших червей эпителизировалась лишь его центральная часть, что привело у плоских червей к формированию разветвленного кишечника с единым отверстием - «ртом», ведущим во внешнюю среду, а у нитчатых червей - к образованию сквозного кишечника с ротовым и анальным отверстиями. У высших групп (кольчатые черви, моллюски и членистоногие) эпитслизировался весь фагоцитобласт: не только его центральная часть (энтодермальный кишечник), но и периферическая (мезодерма и ее производные). Последнее привело к развитию вторичной полости тела - целома, стенки которой образованы мезодер- мальным целомическим эпителием. Более примитивные представители кольчатых червей, моллюсков и членистоногих обладают характерной личиночной стадией - трохофорой. В связи с этим указанные группы иногда объединяют под названием Trochozoa.

У тех потомков стомофагоцителлы, которые продолжали совершенствовать адаптации к жизни в толще воды, также произошла эпителизация центрального и отчасти периферического фагоцитобласта: возникла гастральная полость (первичный кишечник) и ее периферические ветви (гастроваскулярные каналы). К этому уровню организации среди современных животных ближе всего стоят гребневики, вероятно сохранившие примитивный образ жизни в толще воды. От их позднепротерозойских предков, которых можно назвать «проктенофорами», с переходом к прикрепленной жизни на морском дне возникли стрекающие кишечнополостные (тип Coelenterata, или Cnidaria).

Другие филогенетические линии, ответвившиеся от проктено- фор, также осваивали морское дно, но с развитием приспособлений к активному передвижению по субстрату, подобно тур- белляриям и их потомкам, но на другом исходном уровне организации. У этих форм в результате завершения эпителизации периферического фагоцитобласта также образовалась вторичная полость тела - целом, но возникла она совершенно другим способом, чем у Trochozoa. В онтогенезе животных, происходящих от проктенофор, вторичная полость тела обособляется от первичного кишечника, как его боковые карманообразные выпячивания (первоначально было, вероятно, три пары таких выпячиваний), которые затем отшнуровываются от стенок кишки (рис. 33). Такой способ развития целома получил название энтероцельного - в отличие от схи- зоцельного способа, характерного для Trochozoa, у которых целом возникает в результате появления полостей внутри скоплений мезодермальных клеток, без всякой связи с первичным кишечником. О. и Р. Гертви- ги и И. И. Мечников обосновали гипотезу, согласно которой энтероцельный целом возник в эволюции из гастроваскулярных каналов проктенофорных предков (энтероцельная теория происхождения целома). Энтероцельный целом характерен для типов погонофор (Pogonophora), щетинкочелюстных (Chaeto- gnatha), плеченогих (Brachiopoda), мшанок (Bryozoa) и ряда других, в том числе группы так называемых вторичноротых животных (Deuterostomia), объединяющей типы хордовых (Chordata), иглокожих (Echinodermata) и полухордовых (Hemichordata). У вторичноротых животных имеется много общего, в частности особое положение дефинитивного (присущего взрослым организмам) рта, возникающего на полюсе тела, противоположном первичному эмбриональному рту - бла- стопору. На месте же последнего развивается анальное отверстие. Вторичноротые, несомненно, имеют общее происхождение; в качестве их предков указывают гипотетическую группу олигомерных червей, тело которых было разделено на три отдела, имелся вторичный рот и энтероцельный целом. Среди современных вторичноротых к уровню организации олигомерных червей ближе всего стоят свободноживущие полухордовые, представителем которых является желудевый червь (Balanoglossus).

Рис. 33.

I - эктодерма; 2 - энтодерма; 3 - мезодерма; 4 - первичный кишечник; 5 - целомические карманы; 6 - нервная пластинка; 7- целом; 8 - вторичный кишечник; 9 - нервная трубка; 10 - хорда

Особое положение среди многоклеточных животных занимают губки (тип Porifera, или Spongia). Эта группа характеризуется очень примитивным общим уровнем организации: губки, по существу, не имеют эпителизованного фагоцитобласта, упорядоченного внутреннего строения, настоящего кишечника, нервной системы, рецепторов и т. д. Губки отличаются от всех остальных Metazoa чрезвычайно своеобразным онтогенезом, в ходе которого происходит инверсия зародышевых листков (экто- и энтодерма, так сказать, меняются местами). Новейшие данные молекулярных исследований показали, что губки имеют общее происхождение со всеми многоклеточными. Вероятно, они представляют собой очень раннюю боковую ветвь, обособившуюся на уровне фагопителлы. Древнейшие ископаемые остатки губок известны из вендских (эдиа- карских) отложений в Австралии.

• См.: Иванов А.В. Происхождение многоклеточных. - Л., 1968.
• Недавно появились первые данные об ископаемых остатках многоклеточных животных, найденных в Канаде и в Китае в породах, имеющих такой геологический возраст и отделенных от пород с остатками эдиакарских организмовслоями ледниковых отложений (тиллитов).

Значимым этапом в истории Земли и эволюции жизни стало возникновение многоклеточности. Это дало мощный толчок к увеличению разнообразия живых существ и их развитию. Многоклеточность сделала возможным специализацию живых клеток в пределах одного организма, включая возникновение отдельных тканей и органов. Первые многоклеточные животные, вероятно, появились в придонных слоях мирового океана в конце протерозоя.
Признаками многоклеточного организма считается то, что его клетки должны быть агрегированы, между ними обязательны разделение функций и установление устойчивых специфических контактов. Многоклеточный организм представляет собой жесткую колонию клеток, в которой сохраняется фиксированное их положение на протяжении всей жизни. В процессе биологической эволюции сходные клетки в теле многоклеточных организмов специализировались на выполнении определенных функций, что привело к формированию тканей и органов. Вероятно, в условиях протерозойского Мирового океана, уже содержавшего примитивные одноклеточные организмы, могла происходить самопроизвольная организация одноклеточных организмов в более высокоразвитые многоклеточные колонии.
Можно только догадываться, какими были первые многоклеточные организмы протерозойской эры. Гипотетическим предком многоклеточных организмов могла быть фагоцителла, которая плавала в толще морской воды за счет биения поверхностных клеток – ресничек кинобласта.
Фагоцителла питалась, захватывая взвешенные в среде частички пищи и переваривая их внутренней клеточной массой (фагоцитобласта). Возможно, именно из кинобласта и фагоцитобласта в процессе эволюционного развития произошло все многообразие форм и тканей многоклеточных организмов. Сама фагоцителла обитала в толще воды, но не имела ни рта, ни кишечника, а ее пищеварение было внутриклеточное. Потомки фагоцителлы приспосабливались к многообразным условиям существования при оседании их на морское дно, при перемещении к поверхности или при изменении источников питания. Благодаря этому у первых многоклеточных организмов постепенно появились рот, кишечник и другие жизненно важные органы.
Еще одна распространенная гипотеза происхождения и эволюции многоклеточных организмов – появление трихоплакса как первого примитивного животного. Этот плоский многоклеточный организм, напоминающий ползущую кляксу, до сих пор считается одним из самых загадочных на планете. Он не обладает ни мускулатурой, ни передним и задним концом, ни осями симметрии, ни какими-либо сложными внутренними органами, но при этом способен размножаться половым путем. Особенности строения и поведения трихоплакса, ползающего по субстрату среди микроводорослей, позволили отнести его к категории одного из самых примитивных многоклеточных животных на нашей планете.
Кто бы ни был предком многоклеточных животных, дальнейший ход эволюции в протерозое привел к появлению так называемых гребневиков. Это планктонные животные с рядами гребных пластинок, образованных сросшимися ресничками. В протерозое они перешли от плавания к ползанию по дну, их тело поэтому сплющилось, выделились головной отдел, двигательный аппарат в виде кожно-мускульного мешка, органы дыхания, сформировались выделительная и кровеносная системы. Линней, создатель первой научной системы органического мира, уделил гребневикам очень небольшое внимание, упомянув в своей «Системе природы» один вид гребневиков. В 1829 году вышла в свет первая в мире большая работа, посвященная медузам. Ее автор, немецкий зоолог Эшшольц (Eschscholtz), описал в ней и несколько видов известных ему гребневиков. Он считал их особым классом медуз, который назвал гребневиками (Ctenophora). Это название сохранилось за ними и в настоящее время» («Жизнь животных», под ред. Н. А. Гладкова, А. В. Михеева).
Более 630 млн лет назад на Земле появились губки, которые развились на морском дне, преимущественно на мелководье, а потом опустились в более глубокие воды. Наружный слой тела губок образован плоскими покровными клетками, в то время как внутренний – жгутиковыми клетками. Одним своим концом губка прирастает к какому-либо субстрату – камням, водорослям, поверхности тела других животных.

Первые многоклеточные организмы жили в придонных слоях древнейших морей и океанов, где внешние условия среды потребовали от них расчленения тела на отдельные части, служившие либо для прикрепления к субстрату, либо для питания. Кормились они, главным образом, органическим веществом (детритом), который покрывал донный ил. Хищников тогда практически не было. Некоторые многоклеточные организмы пропускали через себя переполненные питательным веществом верхние слои морского ила либо поглощали живые бактерии и водоросли, которые в нем обитали.
Плоские и кольчатые черви медленно плавали над самым дном или ползали среди осадков, а трубчатые черви лежали среди донных отложений. В протерозойскую эру в морях и водных бассейнах планеты, вероятно, были широко распространены крупные плоские животные в форме блина, обитавшие на илистом дне, разнообразные медузы, плававшие в толще воды, и примитивные иглокожие. На мелководьях расцветали огромные водоросли – вендотении, которые достигали в длину около одного метра и были похожи на морскую капусту.
Большинство живых существ на нашей планете к концу протерозойской эры уже были представлены многоклеточными формами. Их жизнедеятельность сохранилась в виде отпечатков и слепков на некогда мягком иле. В отложениях того периода можно наблюдать следы ползания, проседания грунта, вырытых норок.
Конец протерозойской эры ознаменовался вспышкой разнообразия многоклеточных организмов и появлением животных, существование которых тогда было тесно связано с морем. Огромное количество остатков многоклеточных животных в слоях возрастом 650-700 млн лет даже послужило причиной выделения в протерозое особого периода, получившего название венд. Он продолжался примерно 110 млн лет и охарактеризовался по сравнению с другими эпохами достижением значительного разнообразия многоклеточных животных.
Возникновение многоклеточное способствовало в дальнейшем увеличению разнообразия живых организмов. Она привела к повышению способности организмов создавать в своем теле запас питательных веществ и реагировать на изменения окружающей среды.
для дальнейшей эволюции биосферы. Живые организмы постепенно начали сами изменять форму и состав земной коры, формировать новую оболочку Земли. Можно сказать, что в протерозое жизнь на планете стала важнейшим геологическим фактором.

Отличия от колониальности

Следует отличать многоклеточность и колониальность . У колониальных организмов отсутствуют настоящие дифференцированные клетки, а следовательно, и разделение тела на ткани. Граница между многоклеточностью и колониальностью нечеткая. Например, вольвокс часто относят к колониальным организмам, хотя в его "колониях" есть четкое деление клеток на генеративные и соматические. Выделение смертной "сомы" А. А. Захваткин считал важным признаком многоклеточности вольвокса. Кроме дифференциации клеток, для многоклеточных характерен и более высокий уровень интеграции, чем для колониальных форм.

Происхождение

Многоклеточные животные, возможно, появились на Земле 2,1 миллиарда лет назад , вскоре после «кислородной революции». Многоклеточные животные - монофилетическая группа . В целом же многоклеточность возникала в разных эволюционных линиях органического мира несколько десятков раз. По не вполне понятным причинам многоклеточность более характерна для эукариот , хотя среди прокариот тоже встречаются зачатки многоклеточности. Так, у некоторых нитчатых цианобактерий в нитях встречаются три типа четко дифференцированных клеток, а при движении нити демонстрируют высокий уровень целостности. Многоклеточные плодовые тела характерны для миксобактерий .

Онтогенез

Развитие многих многоклеточных организмов начинается с одной клетки (например, зиготы у животных или споры в случае гаметофитов высших растений). В этом случае большинство клеток многоклеточного организма имеют одинаковый геном . При вегетативном размножении , когда организм развивается из многоклеточного фрагмента материнского организма, как правило, также происходит естественное клонирование .

У некоторых примитивных многоклеточных (например, клеточных слизевиков и миксобактерий) возникновение многоклеточных стадий жизненного цикла происходит принципиально иначе - клетки, часто имеющие сильно различающиеся генотипы, объединяются в единый организм.

Эволюция

Искусственные многоклеточные организмы

В настоящее время нет информации о создании по-настоящему многоклеточных искусственных организмов, однако проводятся эксперименты по созданию искусственных колоний одноклеточных.

В 2009 году Равилем Фахруллиным из Казанского (Приволжского) государственного университета (Татарстан , Россия) и Весселином Пауновым из Университета Халла (Йоркшир , Великобритания) были получены новые биологические структуры, получившие название «целлосомы» (англ. cellosome ) и представлявшие собой искусственно созданные колонии одноклеточных. Слой дрожжевых клеток наносили на кристаллы арагонита и кальцита , используя в качестве связующего полимерные электролиты, затем кристаллы растворяли кислотой и получали полые замкнутые целлосомы, сохранявшие форму использованного шаблона. В полученных целлосомах дрожжевые клетки сохраняли активность в течение двух недель при температуре 4 °C .

В 2010 году те же исследователи в сотрудничестве с Университетом Северной Каролины объявили о создании нового искусственного колониального организма, получившего название «дрожжесома» (англ. yeastosome ). Организмы получались путём самосборки на пузырьках воздуха, служивших в качестве шаблона .

Примечания

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Многоклеточный организм" в других словарях:

- (позднелат. organismus от позднелат. organizo устраиваю, сообщаю стройный вид, от др. греч. ὄργανον орудие) живое тело, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи. Как отдельная особь организм… … Википедия

организм - ЭМБРИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ ОРГАНИЗМ – биологическая единица, имеющая характерные анатомические и физиологические признаки. Организм может состоять из единственной клетки (одноклеточный организм), из множества одинаковых клеток (колониальный организм)… … Общая эмбриология: Терминологический словарь

ОРГАНИЗМ - ОРГАНИЗМ, совокупность взаимодействующих органов, образующих животное или растение. Самое слово О. происходит от греческого organon, т. е. произведение, орудие. Впервые повидимому Аристотель назвал живые существа организмами, т. к. по его… … Большая медицинская энциклопедия

Ая, ое. Биол. Состоящий из большого количества клеток (2.К.). М. организм. М ые растения. М ые животные … Энциклопедический словарь

многоклеточный - ая, ое.; биол. состоящий из большого количества клеток II Многокле/точный организм. М ые растения. М ые животные … Словарь многих выражений

Тело многоклеточных животных состоит из большого числа клеток, разнообразных по строению и функциям, утративших свою самостоятельность, поскольку они составляют единый, целостный организм.

Многоклеточные организмы можно подразделить на две большие группы. Беспозвоночные животные – это двухслойные животные с лучевой симметрией, тело которых образовано двумя тканями: эктодермой, покрывающей тело снаружи, и эндодермой, образующей внутренние органы – губки и кишечно-полостные. К относятся также плоские, круглые, кольчатые черви, членистоногие, моллюски и иглокожие двусторонне-симметричные и радиальные трехслойные организмы, у которых помимо экто- и эндодермы имеется и мезодерма, в процессе индивидуального развития дающая начало мышечным и соединительным тканям. Ко второй группе – принадлежат все животные, имеющие осевой скелет: хорду или позвоночный столб.

Многоклеточные животные

Кишечнополостные. Гидра пресноводная.

Строение – Лучевая симметрия, эктодерма, эндодерма, подошва, щупальца.
Движение – Сокращение кожно-мускульных клеток, прикрепление подошвой к субстрату.
Питание – Щупальца ротовая полость кишечник полость с пищеварительными клетками. Хищник. Убивает ядом стрекательных клеток.
Дыхание – Растворенный в воде кислород проникает через всю поверхность тела.
Размножение – Гермафродиты. Половое: яйцевые клетки + сперматозоиды = яйцо. Бесполое: почкование.
Кровеносная система – Нет.
Выделение – Остатки пищи удаляются через ротовое отверстие.
Нервная система – Нервное сплетение из нервных клеток.

Плоские черви. Белая планария.

Круглые черви. Аскарида человеческая.

Кольчатые черви. Дождевой червь.

Строение – Вытянутая червеобразная снаружи слизистая кожа, внутри расчлененная полость тела, длина 10–16 см, 100–180 члеников.
Движение – Сокращение кожно-мускульного мешка, слизь, упругие щетинки.
Питание – Рот глотка пищевод зоб желудок кишка анальное отверстие. Питается частичками свежих или разлагающихся растений.
Дыхание – Диффузия кислорода через всю поверхность тела.
Размножение – Гермафродиты. Обмен спермой слизь с яйцами кокон молодые черви.
Кровеносная система – Замкнутая кровеносная система: капилляры кольцевые сосуды главные сосуды: спинной и брюшной.
Выделение – Полость тела метанефридии (воронка с ресничками) каналец выделительная пара.
Нервная система – Нервы нервные узлы нервная цепочка окологлоточное кольцо. Чувствительные клетки в коже.

Мягкотелые. Моллюски. Прудовик обыкновенный.

Строение – Мягкое, заключенное в винтообразную раковину тело = туловище + нога.
Движение – Мускулистая нога.
Питание – Рот глотка язык с зубчиками = терка желудок кишечник, печень анальное отверстие.
Дыхание – Дыхательное отверстие. Легкое.
Размножение – Гермафродиты. Оплодотворение перекрестное.
Кровеносная система – Незамкнутая. Легкое сердце сосуды полость тела.
Выделение – Почка.
Нервная система – Окологлоточное скопление узлов нервы.

Членистоногие. Ракообразные. Речной рак.

Строение – + брюхо.
Движение – Четыре пары ходильных ног, для плавания 5 пар брюшных ног + хвостовой плавник.
Питание – рот челюсти, глотка, пищевод, желудок, отдел с хитиновыми зубами, цедильный аппарат, кишечник, пищ. железа – анальное отверстие.
Дыхание – жабры.
Размножение – Раздельнополые. Икра на ножках брюшка до вылупления. При росте характерна линька хитина. Есть личиночная стадия науплиус.
Кровеносная система – Незамкнутое. Сердце – сосуды – полость тела.
Выделение – Железы с выводным каналом у основания усиков.
Нервная система – Окологлоточное кольцо = надглоточный и подглоточный узел, брюшная нервная цепочка. Орган осязания и обоняния – основание коротких усиков. Органы зрения – два сложных глаза.

Членистоногие. Паукообразные. Паук-крестовик.

Строение – Головогрудь + брюшко.
Движение – Четыре пары ног, на брюхе 3 пары паутинных бородавок, паутинные железы для плетения ловчей сети.
Питание – Рот = челюсти с ядом и ногощупальца. Яд – предварительное переваривание вне организма. Пищевод – желудок, кишка, анальное отверстие.
Дыхание – В брюшке пара легочных мешков со складками. Два пучка трахей дыхательные отверстия.
Размножение – Раздельнополые. Яйца в коконе – молодые паучки
Кровеносная система – Незамкнутое. Сердце – сосуды – полость тела
Выделение – Мальпишевы сосуды
Нервная система – Пары ганглиев + брюшная цепочка. Органы зрения – простые глазки.

Членистоногие. Насекомые. Майский жук.

Строение – Голова + грудь + брюшко (8 сегментов)
Движение – 3 пары ног с жесткими коготками, пара крыльев, пара надкрыльев
Питание – Рот = верхняя губа + 4 челюсти + нижняя губа пищевод, желудок с хитиновыми зубцами, кишечник, анальное отверстие
Дыхание – Дыхальца на сегментах брюшка трахеи все органы и ткани
Размножение – Самки: яичники яйцеводы семяприемник.
Самцы: 2 семенника, семяпроводы, канал, превращение полное.
Кровеносная система – Незамкнутая. Сердце с клапанами сосуды полость тела.
Выделение – Мальпишевы сосуды в полости тела, жировое тело.
Нервная система – Окологлоточное кольцо + брюшная цепочка. Головной мозг. 2 сложных глаза, органы обоняния – 2 усика с пластинками на конце.

Иглокожие.

Строение – Звездообразная, шаровидная или человекообразная форма тела. Недоразвитый скелет. Два слоя покровов – наружный – однослойный, внутренний – волокнистая соединительная ткань с элементами известкового скелета.
Движение – Движутся медленно с помощью конечностей, развита мускулатура.
Питание – Ротовое отверстие короткий пищевод кишка анальное отверстие.
Дыхание – Кожные жабры, покровы тела при участии воднососудистой системы.
Размножение – Два кольцевых сосуда. Один окружает рот, другой анальное отверстие. Есть радиальные сосуды.
Кровеносная система – Специальных нет. Выделение происходит через стенки каналов воднососудистой системы.
Выделение – Половые органы имеют разное строение. Большинство иглокожих раздельнополы, но имеются гермафродиты. Развитие происходит с ряжом сложных превращений. Личинки плавают в толще воды, в процессе метаморфоза животные приобретают радиальную симметрию.
Нервная система – Нервная система имеет радиальное строение: от окологлоточного нервного кольца отходят радиальные нервные тяжи по числу людей тела.