Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Остапченко - Нова програма

§ 6. ФОРМУВАННЯ АДАПТАЦІЙ НА КЛІТИННОМУ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ

Пригадайте особливості будови клітин прокаріотів та еукаріотів. Що таке цитоплазма? Які її компоненти? Яка будова та функції мітохондрій і лізосом? Які етапи енергетичного обміну? Чим вони характеризуються? Що таке гліколіз?

Адаптації, пов’язані з морфологічними змінами клітин. Функціонування будь-якої клітини залежить від взаємодії різних її структурних компонентів. Наведемо деякі приклади. Ви знаєте, що є одноклітинні еукаріоти, які можуть існувати як в аеробних умовах, так і в анаеробних.

Мал. 6.1. Трипаносома - збудник сонної хвороби людини - серед еритроцитів і лейкоцитів

Для аеробних організмів енергетичний обмін відбувається в три етапи: підготовчий, безкисневий (анаеробний) та кисневий (аеробний). У забезпеченні аеробного етапу енергетичного обміну провідна роль належить мітохондріям, у яких синтезується більша частина молекул АТФ. Але коли одноклітинні еукаріоти мешкають в анаеробних умовах, мітохондрії втрачають своє функціональне значення. Тому в клітинах анаеробних еукаріотів, таких як деякі вільноживучі амеби, інфузорії чи паразитичні види (наприклад, паразит людини - трихомонада), мітохондрій немає. Замість них є інші органели - гідрогеносоми, які беруть участь в енергетичному обміні анаеробних одноклітинних еукаріотів. Вони оточені двома мембранами, внутрішня з яких утворює виступи, які дещо нагадують кристи мітохондрій. Унаслідок анаеробних біохімічних процесів, які відбуваються в гідрогеносомах, звільняється енергія, яка при цьому використовується для синтезу молекул АТФ.

На малюнку 6.1 зображено паразита людини трипаносому. Зверніть увагу: її джгутик спрямований до заднього кінця клітини та сполучається з її тілом за допомогою тонкої мембрани. Ця мембрана є адаптацією до пересування у в’язкому середовищі, наприклад плазмі крові. Цікаво, що в організмі переносника - мухи цеце - клітини трипаносоми не мають такої мембрани. Так, змінюючи будову клітини, паразит адаптується до перебування в різних середовищах.

Унаслідок адаптацій до здійснення певних функцій може змінюватись і будова деяких типів клітин еукаріотів. Ви вже знаєте, що еритроцити більшості видів ссавців не мають ядра (мал. 6.2, 1). Разом з ядром дозрілі еритроцити втрачають і більшість органел, зокрема мітохондрії. Відсутність органел дає змогу еритроцитам ссавців мати більший об’єм гемоглобіну та транспортувати більший об’єм кисню. Але відсутність мітохондрій унеможливлює здійснення в цих клітинах кисневого (аеробного) етапу енергетичного обміну. Тому дозрілий еритроцит ссавців задовольняє свої обмежені енергетичні потреби лише за рахунок анаеробного гліколізу.

Мал. 6.2. Еритроцити хребетних тварин: 1 - ссавців (вони без’ядерні); 2 - жаб (зверніть увагу на наявність ядра)

Цікавим прикладом зміни будови клітини одноклітинних еукаріотів залежно від умов мешкання є неглерія (мал. 6.3, 1) (пригадайте, до якого царства належить цей амебоподібний організм). Неглерії трапляються у прісних водоймах з підвищеною температурою води (+25...+30 °С), навіть у гарячих джерелах з температурою води до +45 °С. Зазвичай неглерія мешкає біля дна та пересувається за допомогою псевдоподій. За їхньою допомогою вона й живиться клітинами бактерій. Але якщо умови життя погіршуються - змінюється йонний склад води1, активуються певні гени, і клітина перебудовується. У неглерії з’являються два джгутики, завдяки яким вона може швидко плавати. Таким чином неглерія може залишати несприятливу ділянку водойми і мігрувати до ділянок зі сприятливими умовами. Там вона втрачає джгутики й набуває здатності до розмноження (джгутикова форма не розмножується).

Мал. 6.3. Стадії життєвого циклу неглерії: 1 - амебоїдна (утворює одну псевдоподію); 2 - джгутикова; 3 - циста

Адаптацією до мешкання в прісних водоймах є поява в процесі еволюції в одноклітинних еукаріотів скоротливої вакуолі (мал. 6.4). Ви вже знаєте, що завдяки роботі скоротливої вакуолі в клітині підтримується відносно постійний тиск - здійснюється осморегуляція. Що менша концентрація солей у воді, яка оточує клітину, то швидше скорочується ця органела (поміркуйте чому).

Мал. 6.4. 1. Скоротлива вакуоля (а) як адаптація до мешкання у прісних водоймах в інфузорії-туфельки. 2. У клітині прісноводної форамініфери пеломікси містяться тисячі скоротливих вакуоль

Важливою адаптацією багатьох прокаріотів є здатність формувати стадії спокою - спори та цисти. Спори вкриті щільнішою оболонкою (мал. 6.5, 1), ніж цисти, тому вони стійкіші до дії несприятливих умов середовища мешкання. Цисти прокаріотів стійкі до висушування, дії опромінювання, але не витримують дії високих температур. Спори та цисти можуть формувати й різні представники еукаріотів: водорості, гриби, одноклітинні тварини (мал. 6.5, 2).

Адаптації у вигляді функціональних змін клітин тісно пов’язані зі змінами на молекулярному рівні. Наприклад, прокаріоти, які опинилися в умовах промислового забруднення, можуть змінювати активність своїх ферментних систем. Це дає змогу засвоювати нові сполуки, задовольняючи свої метаболічні потреби. Зміни в активності ферментів дають можливість мешкати в ширшому діапазоні умов й еукаріотам. У клітинах багатоклітинних тварин за несприятливих умов може посилюватись інтенсивність процесів метаболізму, змінюватися будова плазматичних мембран, які забезпечують процеси транспортування різних йонів і сполук як усередину клітини, так і з клітини назовні. У клітинах, де переважають процеси біосинтезу, зокрема білків, краще розвинена ендоплазматична сітка. Те саме стосується і кількості рибосом у клітині.

1 Наприклад, у лабораторних умовах можна спостерігати за формуванням джгутикової форми неглерії при перенесенні амебоїдної форми у дистильовану воду.

Мал. 6.5. Спори та цисти - стадії спокою: 1 - спора бактерій: а - клітина у стані спокою; б - багатошарова оболонка спори; 2 - дозріла циста дизентерійної амеби із чотирма ядрами

Запам’ятаємо

Адаптації на клітинному рівні насамперед пов’язані зі змінами активності процесів пластичного та енергетичного обмінів. Оскільки більшість процесів метаболізму в клітині відбувається з витратами енергії, основним напрямом адаптацій є підтримання синтезу молекул АТФ на рівні, потрібному для забезпечення функціонування як окремих клітин, так і всього організму.

У багатоклітинних організмів адаптації на клітинному рівні слугують основою для формування адаптацій на більш високому рівні організації - тканин, органів, систем органів і цілісного організму.

Ключові терміни та поняття

гідрогеносома, скоротлива вакуоля.

Перевірте здобуті знання

1. Які основні напрями формування адаптацій на клітинному рівні організації? 2. Наведіть приклади адаптацій, пов’язаних зі змінами будови клітин. 3. Як може змінюватись будова клітин одноклітинних еукаріотів під час переходу від аеробного до анаеробного способу життя? 4. Які адаптації одноклітинних організмів дають змогу переживати періоди несприятливих умов? 5. Чому скоротливі вакуолі притаманні насамперед одноклітинним мешканцям прісних водойм? 6. Які адаптації пов’язані з функціональними змінами клітин?

Поміркуйте

Що спільного та відмінного у формуванні адаптацій одноклітинних і багатоклітинних організмів?