Одна клетка, колония или многоклеточный организм: где проходят границы
Бактерия, амёба, дрожжевая клетка и многоклеточное животное решают общие задачи жизни разными способами. Колониальность не обязательно означает «недоделанную многоклеточность»: сравним связи клеток, разделение труда и зависимость частей друг от друга.
Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс
Строение и функции организмов
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы
- Различие бактерий, архей и одноклеточных эукариот
- Одноклеточные грибы и водоросли
- Другие протисты
- Клеточные связи и разделение функций
- Ткани, органы и системы органов
- Организм как целое
- Гомеостаз
- Масштаб и отношение поверхности к объёму
- Наблюдение готовых препаратов одноклеточных
Как это устроено
Одна клетка бактерии или археи не имеет оформленного ядра, а одна клетка дрожжевого гриба, амёбы или водоросли — эукариотическая. «Одноклеточный» описывает число клеток организма, а «прокариот/эукариот» — устройство клетки, поэтому эти пары не совпадают. У разных одноклеточных питание, движение и защита организованы по-разному: амёбоидное движение, реснички и жгутики не являются одним механизмом. Протисты — рабочее собирательное название, а не доказательство тесного родства всех таких организмов.
Колония содержит связанные клетки; степень их специализации и зависимости нужно исследовать в конкретном случае. У некоторых колониальных водорослей есть разделение функций, но нельзя считать каждую колонию молодым многоклеточным организмом или обязательной «ступенью» эволюции. Многоклеточность возникала в разных линиях независимо и связана с устойчивыми контактами клеток, согласованной регуляцией и дифференцировкой. Самостоятельность отдельной клетки при отделении не является единственным критерием; жизненный цикл и устройство связи между клетками имеют значение.
У многоклеточных организмов клетки образуют ткани, ткани участвуют в органах, а органы согласуют работу. Лист не только «делает фотосинтез»: в нём есть покров для обмена и защиты, проводящие пути и специализированные фотосинтезирующие клетки. Кровеносная и дыхательная системы животного действуют совместно, потому что поступление O₂ на поверхность лёгкого ещё не означает доставку каждой клетке. Организм как целое поддерживает диапазоны внутренних условий; гомеостаз — динамическая регуляция, а не одинаковые числа каждую секунду.
Размер влияет на обмен: площадь поверхности сферы растёт примерно как квадрат радиуса, объём — как куб. Поэтому при увеличении размеров растёт потребность во внутренних транспортных путях или специальных поверхностях обмена. Это не означает запрета на крупные клетки или организмы: форма, складки, вакуоли, кровеносные и проводящие системы меняют условия. На школьном препарате можно сравнить форму дрожжевой клетки и колонии или посмотреть готовые изображения протистов, но нельзя по одной фотографии определить все функции и родственные связи.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Одноклеточный организм
Организм, у которого одна клетка выполняет основные функции обмена, регуляции и участия в размножении данного жизненного цикла.
Пример: Многие бактерии и археи одноклеточны, как и амёбы и некоторые дрожжевые грибы.
- Колониальный организм
Объединение клеток одного происхождения с устойчивой связью или согласованной работой, степень зависимости которых различается между линиями.
Пример: У вольвокса клетки образуют шаровидное объединение с разделением некоторых функций.
- Многоклеточный организм
Организм из множества взаимодействующих клеток, чьи жизненные функции распределены и регулируются на уровне целого.
Пример: У цветкового растения клетки листа и корня выполняют разные задачи и связаны проводящими системами.
- Дифференцировка
Приобретение клеткой особенностей строения и работы в ходе развития при регуляции экспрессии генов и влиянии среды.
Пример: Клетка проводящей ткани растения и клетка листа могут иметь сходный геном, но разные функции.
- Разделение труда
Распределение процессов между клетками или частями организма, повышающее согласованность работы, но создающее взаимную зависимость.
Пример: Корень поглощает воду, лист фиксирует углерод, а проводящие ткани связывают их потоки.
- Ткань
Совокупность клеток и внеклеточных компонентов сходного происхождения и согласованных функций в многоклеточном организме.
Пример: Мышечная ткань животного состоит из специализированных клеток и окружения, обеспечивающих сокращение.
- Орган
Часть многоклеточного организма, образованная несколькими тканями и выполняющая связанные функции в определённом расположении.
Пример: Лист содержит покровные, проводящие и основные ткани; лёгкое животных — несколько типов тканей.
- Система органов
Взаимодействующие органы многоклеточного животного, совместно обеспечивающие определённые функции организма.
Пример: Дыхательная и кровеносная системы вместе доставляют O₂ к тканям, хотя выполняют разные этапы.
- Гомеостаз
Поддержание жизненно допустимого диапазона внутренних условий организма или клетки через обратные связи и обмен с внешней средой.
Пример: Регуляция водного баланса человека зависит от почек, гормонов, сосудов и поведения.
- Бактерия
Клеточный организм одной из прокариотических эволюционных линий, не имеющий мембранного ядра и обладающий разнообразными путями обмена.
Пример: Цианобактерия фотосинтезирует без хлоропласта, который характерен для эукариотических водорослей и растений.
- Архея
Клеточный прокариот отдельной от бактерий линии, чьи мембраны и некоторые системы обработки информации имеют особые черты.
Пример: Метанобразующая архея может жить в бескислородной среде, но не все археи связаны с экстремальными условиями.
- Протист
Удобное собирательное название разнообразных эукариот, которые не объединяются в одну простую естественную группу растений, животных или грибов.
Пример: Амёба и инфузория — одноклеточные эукариоты с разными способами движения и питания.
- Отношение поверхности к объёму
Сопоставление площади обмена с внешней средой и объёма содержимого клетки или организма, влияющее на ограничения транспорта.
Пример: При увеличении диаметра сферической клетки объём растёт быстрее площади поверхности, поэтому одних диффузионных путей может стать недостаточно.
Пример по шагам
Ученик назвал дрожжи бактерией, потому что дрожжевая клетка одна. Как проверить вывод?
- Число клеток не определяет прокариотическое или эукариотическое строение.
- Дрожжи — грибы и имеют эукариотическую клеточную организацию, включая ядро в соответствующих стадиях.
- Нужно сравнить признаки клетки и жизненный цикл, а не только число клеток на снимке.
Вывод: Дрожжи могут быть одноклеточными, оставаясь эукариотическими грибами.
Практическая работа
Пять организмов на разных масштабах
- Возьмите готовые подписанные микрофотографии бактерии, археи, дрожжей, протиста и колониальной водоросли со шкалой.
- Для каждого отметьте только реально различимые признаки; отдельной колонкой впишите свойства, известные из других методов.
- Сравните доступность поверхности обмена и необходимость внутренних транспортных путей без построения лестницы «прогресса».
Что можно заключить: Число клеток, клеточное устройство и эволюционное родство — разные признаки, требующие разных источников данных.
Безопасность: Используйте готовые изображения и фиксированные препараты; не культивируйте неизвестные бактерии, водоросли и грибы.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.