Celula este cel mai mic organism viu care conține toate trăsăturile vieții și cel mai mult viața de pe planetă începe ca un organism unicelular. Există în prezent două tipuri de organisme unicelulare: procariote și eucariote, cei fără un nucleu definit separat și cei cu un nucleu protejat de o membrană celulară. Oamenii de știință susțin că procariotele sunt cea mai veche formă de viață, apărând pentru prima dată cu aproximativ 3,8 milioane de ani, în timp ce eucariotele au apărut acum aproximativ 2,7 miliarde de ani. Taxonomia organismelor unicelulare se încadrează într-unul dintre cele trei domenii majore ale vieții: eucariote, bacterii și arhee.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Biologii clasifică toate organismele vii în cele trei domenii ale vieții, începând cu organismele unicelulare până la cele multicelulare: arhee, bacterii și eucariote.
Caracteristicile tuturor celulelor
Toate organismele unicelulare și pluricelulare împărtășesc aceste elemente de bază:
- O membrană plasmatică care protejează și separă celula vie de mediul extern, permițând în același timp fluxul de molecule pe suprafața sa, pe lângă receptorii specifici din interiorul celulei care pot afecta celula evenimente.
- O zonă internă care adăpostește ADN-ul.
- Cu excepția bacteriilor, toate celulele vii conțin compartimente, particule și fire separate de membrană scăldate într-o substanță aproape lichidă.
Prima clasificare: cele trei domenii ale vieții
Înainte de 1969, biologii clasificau viața celulară în două regate: plante și animale. După 1969-1990, oamenii de știință au convenit asupra unui sistem de clasificare a cinci regate care includea monera (bacterii), protiști, plante, ciuperci și animale. Dar Dr. Carl Woese (1928-2012), fost profesor la Departamentul de Microbiologie de la Universitatea din Illinois, a propus o nouă structură pentru clasificarea organismelor unicelulare și a entităților multicelulare în 1990 pentru a consta din trei domenii, arhee, bacterii și eucariote, subclasificate în șase regate. Majoritatea oamenilor de știință folosesc acum această taxonomie sau sistem de clasificare.
Archaea: Organisme unicelulare care prosperă în medii extreme
Archaea prosperă în medii extreme, considerate anterior nedurabile vieții: guri de apă hidrotermale de mare adâncime, izvoare termale, Marea Moartă, iazuri de evaporare a sării și lacuri acide. Înainte de propunerea Dr. Woese, oamenii de știință au identificat mai întâi archaea ca archaebacteria - bacterii antice cu celule unice - deoarece arătau ca bacterii procariote, organisme unicelulare care nu au un nucleu separat legat de membrană sau organite. Alte studii efectuate de Dr. Woese, colegii săi și alți oameni de știință i-au determinat să-și dea seama că acestea bacteriile antice erau mai strâns legate de eucariote datorită trăsăturilor biochimice pe care le aveau expoziţie. Oamenii de știință și cercetătorii au descoperit, de asemenea, archaea care trăiește în tractul digestiv uman și în piele.
Domeniul și Regatul Archaea
Archaea împărtășește caracteristicile atât ale procariotelor, cât și ale eucariotelor, motiv pentru care există pe o ramură separată între bacterii și eucariote în arborele filogenetic al vieții. Când oamenii de știință au descoperit că arheobacteriile nu erau de fapt bacterii antice, le-au redenumit arhee. Următoarele caracteristici definesc organismele monocelulare archaea:
- Sunt celule procariote, dar seamănă genetic mai mult cu eucariotele.
- Membranele celulare constau din lanțuri de hidrocarburi ramificate, spre deosebire de bacterii și eucariile, conectate la glicerol prin legături eterice.
- Pereții celulari Archaea nu au peptidoglicanii, polimeri alcătuiti din zaharuri și aminoacizi care formează un strat cu țesături în afara pereților celulari a majorității bacteriilor.
- În timp ce archaea nu răspunde la unele antibiotice la care reacționează bacteriile, ele reacționează la unele antibiotice care distresează eucariotele.
- Archaea conține acid ribonucleic ribozomal (ARNr) specific archaea, esențial pentru proteine sinteza, identificată prin zone moleculare vizibil spre deosebire de cea a ARNr găsită în bacterii și eukarya.
Principalele clasificări ale archaea includ crenarchaeota, euryarchaeota și korarchaeota, precum și subdiviziunile propuse de nanoarchaeota și cele propuse thaumarchaeota. Clasificările individuale indică tipurile de medii în care cercetătorii și oamenii de știință găsesc aceste organisme unicelulare. Crenarchaeota trăiește în medii cu aciditate și temperatură extremă și oxidează amoniacul; euryarchaeota include organisme care oxidează metanul și iubesc sarea în mediile de adâncime, alte euryarchaeota care produc metan ca deșeu și korarchaeota, o categorie de arhee care trăiesc și la temperaturi ridicate medii.
Nanoarchaeota diferă de alte arhee prin faptul că trăiesc deasupra unui alt organism arheean numit Ignicoccus. Subtipurile de korarchaeota și nanoarchaeota includ metanogeni, organisme care produc gaz metan ca subprodus al proceselor digestive sau de producere a energiei; halofili sau arhaea iubitoare de sare; termofili, organisme care prosperă la temperaturi extrem de ridicate; și psihrofile, organisme archaea care trăiesc în timpuri extrem de reci.
Bacterii: organisme unicelulare care prosperă în medii multiple
Bacteriile trăiesc și prosperă peste tot pe planetă: în vârful munților, în fundul oceanelor cele mai adânci ale lumii, în interiorul tractului digestiv atât al oamenilor, cât și al animalelor, și chiar în rocile și gheața înghețate din nord și sud stâlpi. Bacteriile se pot răspândi de-a lungul anilor, deoarece pot rămâne latente pentru perioade prelungite.
Bacteriile nu conțin un nucleu separat
Bacteriile există ca fiind cele mai importante creaturi vii de pe planetă, fiind aici cel puțin trei sferturi din istoria evoluției planetei. Sunt cunoscuți pentru capacitatea lor de a se adapta la majoritatea habitatelor de pe planetă. În timp ce unele bacterii provoacă boli virulente la animale, plante și oameni, majoritatea bacteriilor funcționează ca agenți „benefici” ai mediului, cu procese metabolice care susțin forme de viață superioare.
Alte forme de bacterii funcționează împreună cu plantele și nevertebratele (creaturi fără coloană vertebrală) în relații simbiotice care îndeplinesc funcții importante. Fără aceste organisme unicelulare, plantele și animalele moarte ar dura mai mult timp să se descompună, iar solul ar înceta să mai fie fertil. Cercetătorii și oamenii de știință folosesc unele bacterii în substanțe chimice, medicamente, antibiotice și chiar în prepararea de alimente cum ar fi varza murată, iaurtul și chefirul și murăturile. Ca simple organisme unicelulare, celulele bacteriene au caracteristici distinctive:
- La fel ca și archaea, oamenii de știință definesc bacteriile ca fiind celule procariote, fără un nucleu definit sau separat.
- Membranele constau din lanțuri de acizi grași neramificați conectați la glicerol prin legături esterice, cum ar fi eucaria.
- Pereții celulari ai bacteriilor conțin peptidoglican.
- Antibioticele antibacteriene tradiționale afectează bacteriile, dar rezistă antibioticelor care afectează eucaria.
- Au ARNr specific bacteriilor datorită prezenței unor regiuni moleculare diferite de ARNr găsite în arhee și eucarii.
Domeniul și regatul bacteriilor
Oamenii de știință clasifică majoritatea bacteriilor în trei grupuri, pe baza modului în care răspund la oxigenul sub formă de gaz. Aerobic bacteriile prosperă în mediile de oxigen și necesită oxigen pentru a trăi. Anaerob bacteriilor nu le place oxigenul gazos; un exemplu al acestor bacterii ar fi cele care trăiesc în sedimente adânci sub apă sau cele care cauzează intoxicații alimentare pe bază de bacterii. În cele din urmă, anaerobe facultative sunt bacterii care preferă prezența oxigenului în mediile lor de creștere, dar pot trăi fără el.
Dar cercetătorii clasifică și bacteriile prin modul în care obțin energie: ca heterotrofe și autotrofe. Autotrofele, la fel ca plantele alimentate cu energie luminoasă (numite fotoautotrofe), își fac propria sursă de hrană prin fixarea dioxidului de carbon sau prin mijloace chemoautotrofice, folosind azot, sulf sau alte elemente de oxidare proceselor. Heterotrofii își iau energia din mediu prin descompunerea compușilor organici, cum ar fi saprobic bacteriile care trăiesc în materie în descompunere, precum și bacteriile care se bazează pe fermentare sau respirație energie.
Un alt mod în care oamenii de știință grupează bacteriile este după formele lor: sferic, în formă de tijă și spirală. Alte forme de bacterii includ filamentos, învelit, pătrat, înțepenit, în formă de stea, în formă de fus, lobat, formând trichom (formarea părului) și pleomorfe bacterii cu capacitatea de a-și schimba forma sau dimensiunea în funcție de mediu.
Alte clasificări includ micoplasme, bacterii cauzatoare de boli afectate de antibiotice deoarece le lipsește peretele celular; cianobacterii, bacterii fotoautotrofe, cum ar fi algele albastru-verzui; bacterii gram-pozitive, care emit violet în testul gram-pete, deoarece testul își colorează pereții celulari groși; și bacterii gram-negative care devin roz în testul de colorare a gramului datorită pereților exteriori subțiri, dar puternici. Bacteriile gram-pozitive răspund mai bine la antibiotice decât bacteriile gram-negative, deoarece, în timp ce peretele fostei este gros, este penetrabil, în timp ce la bacteriile gram-negative, pereții celulari sunt subțiri, dar acționează mai mult ca un antiglonț vestă.
Eucariotele prosperă oriunde
În timp ce eucariotele includ multe organisme multicelulare în ciuperci, regate vegetale și animale, acest domeniu major de viață include și organisme unicelulare. Eucariotele unicelulare au pereți celulari care își pot schimba forma în comparație cu procariotele care au pereți celulari rigizi. Majoritatea oamenilor de știință susțin că eucariotele au evoluat din procariote, deoarece ambele folosesc ARN și ADN ca material genetic; ambii profită de 20 de aminoacizi; și ambele au o membrană celulară cu două straturi lipidice (dizolvabile în solvenți organici) și utilizează zaharuri D și L-aminoacizi. Caracteristicile specifice ale eucariotelor includ:
- Eucariotele au un nucleu distinct, separat protejat de o membrană.
- Membranele, ca și cea a bacteriilor, constau din lanțuri de acizi grași neramificați conectați la glicerol prin legături esterice (ceea ce face pereții celulari mai sensibili la mediul extern în comparație cu archaea).
- Pereții celulari - în eucariote care le au - nu conțin niciun peptidoglican.
- Antibioticele antibacteriene nu afectează în general celulele eucariote, dar reacționează sau răspund la antibiotice care afectează de obicei celulele eucariote.
- Celulele eucariote au o regiune moleculară cu ARNr diferită de ARNr care există în arhee și bacterii.
Regatele sub eucariote
Domeniul eucariot conține patru regate sau subcategorii: protiști, ciuperci, plante și animale. Dintre acestea, protiștii conțin doar organisme unicelulare, în timp ce regatul ciupercilor conține ambele. Regatul Protista include organisme vii precum alge, euglenoide, protozoari și matrite mazga. Regatul ciupercilor include atât organisme unicelulare, cât și organisme multicelulare. Organismele cu celule unice din regatul ciupercilor includ drojdii și chytrids, sau ciuperci fosilizate. Majoritatea organismelor din regatele vegetale și animale sunt multicelulare.
Cel mai mare organism unicelular
Deși majoritatea entităților cu celule unice de pe planetă necesită de obicei un microscop, puteți observa alge acvatice, Caulerpa taxifolia, cu ochiul liber. Definită ca un tip de algă originară din Oceanul Indian și Hawaii, această algă ucigașă este o specie invazivă în altă parte. Acest organism viu din regnul plantelor poate crește de la 6 la 12 inci lungime și are ramuri turtite asemănătoare unei pene, care iau naștere dintr-un alergător, în nuanțe de verde închis până la deschis.
Cel mai mic organism unic unicelat
Așezat pe dealurile de deasupra campusului Universității din California Berkeley se află Lawrence Berkeley Laboratorul Național, administrat în comun de Departamentul de Energie al SUA și Universitatea din California sistem. O echipă internațională de oameni de știință, condusă de cercetătorii Berkeley Lab, a descoperit în 2015 ce ar putea fi cel mai mic organism unicelular capturat într-o imagine preluată de la o putere mare microscop.
Acest organism unicelular, o bacterie procariotă, este atât de mic încât 150.000 dintre aceste bacterii unicelulare ar putea sta pe vârful unui fir de păr din capul tău. Cercetătorii continuă să studieze aceste organisme comune despre care se crede că le lipsește multe dintre caracteristicile necesare pentru a funcționa cu alte organisme. Celulele par să aibă ADN, un număr mic de ribozomi și anexe asemănătoare firelor, dar cel mai probabil se bazează pe alte bacterii pentru a trăi.
Un eucariot unicelular care încalcă regulile
Oamenii de știință de la Universitatea Charles din Praga au descoperit singurul organism eucariot cunoscut care nu conține un anumit tip de mitocondrie și l-au găsit în intestinul unui chinchilla de companie. Ca centrală a celulei, mitocondriile fac mai multe lucruri. În prezența oxigenului, mitocondriile pot încărca molecule și pot produce proteine critice. Dar acest organism, o rudă a bacteriei giardia, folosește un sistem ca cel găsit în mod obișnuit în bacterii - transferul genetic al genelor - pentru a sintetiza proteinele. Deoarece bacteriile există în primul rând ca celule procariote, găsirea unei celule eucariote legate de bacterii este o excepție de la regulă.