最初の多細胞生物：起源、特徴 - 生物学 - 2025

最初の多細胞生物は、最も受け入れられた仮説の一つに記載の、コロニーや共生関係にあるグループに始まりました。時間が経つにつれ、コロニーのメンバー間の相互作用は、すべての人にとって協力的で有益なものになり始めました。

徐々に、各細胞は特定のタスクのための特殊化のプロセスを受け、その仲間への依存度を高めました。この現象は進化において重要であり、複雑な存在の存在を可能にし、それらのサイズを増大させ、異なる器官系を認めました。

Volvoxなどの植民地の生物は、祖先の多細胞生物の潜在的な特性について仮説を立てることを可能にします。ソース：フランクフォックス

多細胞生物は、動物、植物、いくつかの真菌など、いくつかの細胞で構成される生物です。現在、後で一緒にグループ化された単細胞生命体から始まる多細胞生物の起源を説明する複数の理論があります。

なぜ多細胞生物が存在するのですか？

単細胞生物から多細胞生物への移行は、生物学者の間で最も刺激的で物議を醸す問題の1つです。ただし、多細胞性を引き起こした可能なシナリオについて説明する前に、多くの細胞から構成される生物であることがなぜ必要または有益であるのかを自問する必要があります。

セルサイズと表面体積比（S / V）

植物や動物の体の一部である平均的な細胞の直径は、10〜30マイクロメートルです。体積に対する表面積の比率によって課せられる制限のため、生物は単一の細胞のサイズを拡張するだけではサイズを成長させることができません。

さまざまなガス（酸素や二酸化炭素など）、イオン、その他の有機分子が細胞に入り、細胞から出て、原形質膜によって区切られた表面を横切る必要があります。

そこから、細胞の全体のボリュームに広がる必要があります。したがって、大きなセルで同じパラメータと比較すると、大きなセルでは表面積と体積の関係が低くなります。

非常に大きなセルの交換面は限られています

この推論に従って、細胞サイズの増加に比例して交換表面が減少するという結論に達することができます。例として、体積が64 cm ³で表面積が96 cm ^2の 4 cmの立方体を使用してみましょう。比率は1.5 / 1になります。

対照的に、同じ立方体を8つの2センチメートルの立方体に分割すると、比率は3/1になります。

このため、生物がそのサイズを大きくする場合、これは、食品、移動、または捕食者の脱出などのいくつかの側面で有益ですが、細胞数を増やして動物にとって適切な表面を維持することによってそうすることが好ましいです。交換プロセス。

多細胞生物であることの利点

多細胞生物であることの利点は、単なるサイズの増加を超えています。多細胞性は、生物学的複雑性の増加と新しい構造の形成を可能にしました。

この現象は、システムを構成する生物学的エンティティ間の高度に洗練された協力経路と補完的な行動の進化を可能にしました。

多細胞生物であることの欠点

これらの利点にもかかわらず、いくつかの種の真菌のように、多細胞性の喪失の例が見つかり、単細胞生物の祖先の状態に戻ります。

身体の細胞間で協調システムが機能しなくなると、マイナスの結果が生じる可能性があります。最も例示的な例は癌です。ただし、多くの場合、協力を確保するための管理方法は複数あります。

最初の多細胞生物は何でしたか？

一部の著者によれば、多細胞性の始まりは10億年以上前のごくわずかな過去にまでさかのぼります（たとえば、Selden&Nudds、2012）。

化石の記録では移行形態があまり保存されていないため、それらとその生理学、生態学、進化についてはほとんど知られていないため、初期の多細胞性の再構築を構築するプロセスは困難です。

実際、これらの最初の化石が動物、植物、菌類、またはこれらの系統のいずれであったかは不明です。化石は平らな生物であり、表面積/体積が大きいのが特徴です。

多細胞生物の進化

多細胞生物はいくつかの細胞で構成されているため、この状態の進化的発達の最初のステップは、細胞のグループ化であったはずです。これはさまざまな方法で発生する可能性があります。

植民地と共生の仮説

これらの2つの仮説は、多細胞生物の元の祖先が、互いに共生関係を確立したコロニーまたは単細胞生物であったことを提案しています。

集合体が遺伝的同一性が異なる細胞（バイオフィルムやバイオフィルムなど）から形成されたのか、幹細胞と娘細胞から形成されたのかは遺伝的に同一であるかどうかはまだ不明です。関心のある遺伝的競合が関連する細胞で回避されるため、後者のオプションはより可能です。

単細胞生物から多細胞生物への移行には、いくつかの段階があります。最初は、一緒に働いている細胞内での分業の漸進的なものです。いくつかは体細胞機能を果たし、他は生殖要素になります。

したがって、各セルは隣接セルへの依存度が高くなり、特定のタスクに特化します。選択は、これらの初期のコロニーに集まった生物を、孤立したままの生物よりも優先しました。

今日、研究者たちは、これらのクラスターの形成につながった可能性のある条件と、単細胞型と比較してそれらの好意につながった可能性のある原因を探しています。架空の祖先のコロニーを連想させるかもしれない植民地の生物が使用されます。

シンシチウム仮説

シンシチウムは、複数の核を含む細胞です。この仮説は、単一の細胞内の複数のコンパートメントの開発を可能にする、祖先の合胞体内の内部膜の形成を示唆しています。

多細胞生物の起源

現在の証拠は、多細胞の状態が動物、植物、真菌を含む真核生物の16以上の系統で独立して現れたという事実を指摘しています。

ゲノミクスや系統関係の理解などの新技術の適用により、多細胞性が順守に関連する遺伝子の共同最適化から始まる共通の軌跡をたどることが示唆されました。これらのチャネルの作成は、セル間の通信を実現しました。

参考文献

1. Brunet、T.、&King、N.（2017）。動物の多細胞性と細胞分化の起源。発生細胞、43（2）、124-140。
2. Curtis、H.&Schnek、A.（2008）。カーティス。生物学。Panamerican Medical Ed。
3. ノール、AH（2011）。複雑な多細胞性の複数の起源。地球惑星科学の年次レビュー、39、217-239。
4. Michod、RE、Viossat、Y.、Solari、CA、Hurand、M。、およびNedelcu、AM（2006）。生活史の進化と多細胞性の起源。理論生物学のジャーナル、239（2）、257-272。
5. ラトクリフ、WC、デニソン、RF、ボレロ、M。&トラヴィザーノ、M（2012）。多細胞性の実験的進化。全米科学アカデミーの議事録、109（5）、1595-1600。
6. Roze、D.、&Michod、RE（2001）。突然変異、マルチレベル選択、および多細胞性の起源の間の繁殖体サイズの進化。アメリカの博物学者、158（6）、638-654。
7. Selden、P。、&Nudds、J。（2012）。化石生態系の進化。CRCプレス。