Біологія. 9 клас. Шаламов

§ 49. Біорізноманіття еукаріотів

Філогенетичне дерево еукаріотів містить п’ять супергруп

Як ви пам’ятаєте, класична система класифікації еукаріотів, створена з урахуванням клітинної будови, складалася з трьох царств: Рослини, Тварини та Гриби. Пізніше найпримітивніших представників цих царств було виокремлено й об’єднано в царство Найпростіші. Проте дані, отримані в результаті аналізу послідовностей ДНК, а також глибшого вивчення клітинної будови найпростіших, змусили вчених значною мірою переглянути еволюційні зв’язки між еукаріотичними організмами. Сучасне еволюційне дерево еукаріотів зображене на рисунку 49.1. Усі сучасні еукаріоти розподілені на п’ять великих груп, які називають супергрупами.

Супергрупа Archaeplastida — організми, далекий предок яких вступив у симбіоз із ціанобактерією, отримавши хлоропласти з двома мембранами. Сюди належать червоні та зелені водорості, а також вищі рослини.

Супергрупа Excavata — доволі різноманітна супергрупа. Сюди входять різні одноклітинні організми з джгутиками: паразити людини, такі як лямблія та трипаносома, а також непаразитичні організми, наприклад, евглена зелена.

Супергрупа SAR — багатоманітна супергрупа еукаріотів. Сюди входять багатоклітинні бурі водорості, що утворюють густі підводні ліси, планктонні діатомові водорості, що мешкають у черепашках із кремнезему, паразит людини — малярійний плазмодій, а також найскладніше влаштовані та багатоманітні одноклітинні організми — інфузорії. Також до цієї супергрупи належать радіолярії й форамініфери — одноклітинні організми, що формують тверду черепашку. Вони мешкають у планктоні або на морському дні.

Супергрупа Amoebozoa — супергрупа, до якої входять різні амеби (і звичайна амеба протей також) і більш складні слизовики.

Супергрупа Opisthokonta — супергрупа, до якої належить людина. Її представники первісно мають лише один джгутик на своїх джгутикових стадіях. Сюди відносять царства Тварини та Гриби.

Далі розглянемо представників трьох класичних царств — рослин, грибів і тварин.

Царство Рослини — зелене царство еукаріот

Представники царства Рослини відіграють найважливішу роль у функціонуванні біосфери. Вони є домінантними автотрофами — організмами, що синтезують органічні речовини з неорганічних. Саме рослини сьогодні виробляють більшу частину кисню в біосфері1. Рослини вкривають земну поверхню, запобігаючи ерозії ґрунтів і сприяючи їх формуванню.

Рис. 49.1. Сучасне еволюційне дерево еукаріотів

1 Роль ціанобактерій у цьому менш суттєва.

Рис 49.2. Представники царства Рослини

А. Повитиця — рослина-паразит. У процесі еволюції вона втратила не лише здатність до фотосинтезу, а й навіть листя та коріння. Однак у період цвітіння вона формує кулеподібні суцвіття. Б. Вельвічія дивна — пустельна рослина, що має пагін у вигляді короткого стебла та двох довгих листків, якими вона поглинає вологу з уранішньої роси. Усупереч доволі своєрідному вигляду вельвічія є родичкою ялини та сосни. В. Сфагнум — мох, що у великих кількостях росте на болотах. Із відмерлих частин сфагнуму формується торф.

Безсумнівно, наш світ має такий саме вигляд, як ми його знаємо, завдяки рослинам (рис. 49.2). Незважаючи на величезне різноманіття рослин, у них є низка спільних властивостей.

  • 1. Усі рослини мають хлоропласти, яких їхні далекі предки набули в результаті симбіозу з ціанобактерією. Деякі рослини-паразити втратили здатність до фотосинтезу, проте й у них зберігаються видозмінені хлоропласти.
  • 2. У всіх рослин є тверда клітинна стінка, основу якої утворює полісахарид целюлоза.
  • 3. У життєвому циклі рослин спостерігається чергування гаплоїдного статевого покоління (гаметофіту), що виробляє гамети, і диплоїдного нестатевого покоління (спорофіту), що виробляє спори. Співвідношення статевого та нестатевого поколінь варіюється в різних рослин: у мохів домінує гаплоїдний гаметофіт, а у квіткових — диплоїдний спорофіт.

Царство Гриби — ті, що харчуються сапротрофно

Гриби є одними з найпоширеніших і найуспішніших еукаріотичних організмів. Вони населяють ґрунт, водойми, паразитують в інших організмах. Багато грибів є симбіонтами рослин. У більшості наземних рослин є особливий тип симбіозу з грибом — мікориза (грибокорінь). А орхідеї в принципі не можуть прорости з насіння без участі грибів. Зараз достовірно встановлено, що вихід рослин на суходіл став можливим лише завдяки симбіозу з грибами. Багато грибів є паразитами та шкідниками сільського господарства: сажки, ріжки, борошниста роса. Деякі гриби в ході еволюції вторинно спростилися й стали одноклітинними організмами — такі, наприклад, дріжджі (рис. 49.3, А). Інші гриби вступають у доволі тісні взаємини з мікроскопічними водоростями, формуючи унікальні спільноти — лишайники (рис. 49.3, Б). Хоча гриби дуже різноманітні, усі вони мають спільні ознаки.

  • 1. У клітин є тверда клітинна стінка, основу якої становить полісахарид хітин. У деяких грибів (дріжджі та хлібна пліснява — мукор) уміст хітину в клітинній стінці невеликий, але все ж обов’язково є.

Рис. 49.3. Представники царства Гриби

А. Дріжджі. Достовірно відомо, що предками дріжджів були багатоклітинні гриби, але вони неабияк спростилися в процесі еволюції. Б. Лишайник — симбіоз гриба та водорості. Організми в цій спільноті дуже щільно пов’язані один з одним не лише анатомічно, а й біохімічно. Вважають, що лишайники були першими наземними організмами, що вкривали Землю мільярд років тому, задовго до рослин. В. Кордицепс — паразитичний гриб. Зазвичай він паразитує на личинках комах. Гриб убиває личинку та харчується її тканинами. Пізніше безпосердньо з тіла комахи виростають плодові тіла гриба, що розсіюють спори.

  • 2. Грибам властиве сапротрофне живлення: через наявність твердої клітинної стінки вони не здатні поглинати тверді часточки їжі та змушені всмоктувати розчинені поживні речовини поверхнею тіла.
  • 3. Тіло більшості грибів є мережею з ниток (гіф) — міцелієм. Міцелій може бути поділений на окремі клітини або становити одну велику багатоядерну клітину.

Царство Тварини — багатоклітинні гетеротрофи

Царство Тварини — одна з найрізноманітніших груп живих організмів. Учені вже описали близько 1,3 млн видів тварин, яких, за їхніми підрахунками, від 10 до 200 млн. Тварини населили найрізноманітніші місця планети. Їх знаходять у Маріанській западині в Тихому океані, у золотоносних шахтах у Південній Африці на глибині 2,5 км, у верхніх шарах тропосфери. Найживучіші представники тварин витримують замерзання майже до абсолютного нуля та дію космічної радіації. Найдрібніші багатоклітинні тварини за розмірами поступаються інфузорії-туфельці, а найбільша тварина за розміром як субмарина (рис. 49.4). Один із видів тварин зміг розвинутися так, що набув досконалого інтелекту, став здатним пізнати Всесвіт, створив науки та мистецтво, побудував величні споруди, вирушив у космос і висадився на Місяці!

Рис. 49.4. Представники царства Тварини

А. Жук-перокрилка — одна з найдрібніших комах у світі: усього 250 мкм завдовжки, що можна порівняти з розміром інфузорії-туфельки. Вважають, що є надзвичайно багато найдрібніших комах, які досі залишаються майже не вивченими. Б. Тихохід — мікроскопічне створіння, що мешкає у воді та ґрунті. Тихоходи є найстійкішими тваринами на Землі: вони можуть пережити повне висихання, заморожування і навіть космічну радіацію. В. Синій кит — найбільша тварина на планеті, можливо — найбільша з усіх, що колись існували. Його довжина сягає 33 метрів, а маса може перевищувати 130 тонн, що відповідає масі 25 слонів.

Загалом у тварин багато спільних ознак, що чітко вирізняють їх із-поміж інших царств еукаріотів. Спробуємо перелічити ці ознаки.

  • 1. Усі тварини первісно гетеротрофні. Водночас у деяких плоских червів та молюсків виробився дуже своєрідний спосіб харчування. Їхня личинка нормально харчується й може проковтнути водорість-симбіонт. Ця водорість оселяється в тканинах хазяїна, живе й розмножується там, постачаючи йому органічні речовини, отримані в ході фотосинтезу. Така взаємодія подібна до взаємин водорості та гриба в лишайнику. Черв отримує всю необхідну органіку від водорості й більше не потребує додаткового харчування.
  • 2. Тварини отримують поживні речовини з довкілля, поглинаючи тверді часточки, а не всмоктуючи розчинені, як гриби. Хоча в цього правила є дуже багато винятків. Стьожкові черви, що мешкають у тонкому кишківнику хребетних, поглинають поживні речовини поверхнею тіла, а травного тракту в них немає. Доросла особина рачка саккуліни, що паразитує в тканинах краба, має форму міцелія й також поглинає поживні соки через поверхню тіла, тобто харчується сапротрофно.
  • 3. Тваринні клітини містять на своїй поверхні різноманітні білки і полісахариди, що виконують структурну функцію і беруть участь в об’єднанні клітин у тканини й передаванні сигналів усередину клітини. Але твердої клітинної стінки, як у рослин і грибів, вони не мають.
  • 4. Клітини, з яких складається організм тварин, диференційовані, тобто різняться за своєю будовою й функціями. У більшості тварин можна виокремити 4 типи тканин: епітеліальну, сполучну, нервову та м’язову. Ці тканини, своєю чергою, можуть поділятися на інші типи (наприклад, у людини м’язова тканина поділяється на посмуговану скелетну, посмуговану серцеву та гладеньку).
  • 5. Важливою рисою тварин є наявність ембріонального розвитку — особливої стадії життєвого циклу, в ході якої закладаються та формуються органи й тканини.

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1. Мох сфагнум належить до супергрупи

  • А Archaeplastida
  • Б Excavata
  • В SAR
  • Г Amoebozoa
  • Д Opistokonta

2. Рослини НЕ виконують функцію

  • А утворення кисню
  • Б синтезу органічних речовин із неорганічних
  • В розкладання органічних речовин до неорганічних
  • Г окиснення органічних речовин до неорганічних
  • Д ослаблення ерозії та руйнування ґрунту

3. НЕ всім рослинам притаманна така характеристика, як

  • А фотосинтез
  • Б наявність хлоропластів у клітині
  • В тверда клітинна стінка із целюлози
  • Г наявність статевого та нестатевого поколінь
  • Д наявність ядра в клітині

4. Сапротрофно харчується такий організм, як

  • А амеба
  • Б мох
  • В стьожковий черв
  • Г кит
  • Д жук

5. З-поміж перелічених одноклітинним організмом є

  • А тихохід
  • Б дріжджі
  • В сфагнум
  • Г лишайник
  • Д жук-перокрилка

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6. Чому всіх еукаріотів поділили на 5 супергруп, а не на 3-4 царства?

7. Без рослин неможливе життя тварин і грибів. Обґрунтуйте або спростуйте це твердження.

8. Як тип харчування організму залежить від будови його клітин?

9. Чи достатньо такого критерію, як автотрофне чи гетеротрофне живлення, для визначення, чим є конкретний організм — рослиною чи твариною?

10. Наведіть приклади організмів, здатних існувати лише в симбіозі з іншими організмами. Поясніть, чого не вистачає хазяїну й у чому допомагає симбіонт.

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11. У яких тварин є чергування статевого й нестатевого поколінь? Що дає цим тваринам таке чергування?

12. Які особливості будови й функціонування евглени зеленої дають підстави вважати її рослиною, а які — твариною?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13. Чи є в рослин і грибів ембріональний розвиток? У чому відмінність між цими етапами життєвого циклу у тварин і рослин?

14. Яке біологічне значення диференціації клітин? Чи можливе існування великих багатоклітинних організмів, що складаються з недиференційованих клітин?

Проект для дружної компанії

15. Порівняння рослин, грибів і тварин.

  • 1) Складіть порівняльну таблицю трьох основних царств еукаріотів.
  • 2) Запропонуйте однокласникам за допомогою вашої таблиці визначити, до якого царства належить еукаріотичний організм (на вибір), зважаючи на його будову й особливості життєдіяльності.
  • 3) З чиєю класифікацією у ваших однокласників виникли найбільші проблеми?

Доповнення Х

Катерина Глазунова

Закінчила Львівський фізико-математичний ліцей у 1998 році. Навчалася у Львівському національному університеті імені Івана Франка. Захистила дисертацію на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук. Зараз працює доцентом кафедри корекційної педагогіки Львівського обласного інституту післядипломної педагогічної освіти.

Багатоманітність найпростіших

Із розвитком електронної мікроскопії, а також на основі біохімічних, цитологічних і генетичних досліджень було встановлено, що серед найпростіших спостерігається своя багатоманітність, яка проявляється в різних схемах будови клітини. Найпростіші є надзвичайно різноманітною групою живих організмів, окремі представники яких можуть мати ознаки царства Тварини, Рослини чи Гриби. Тому питання систематичного положення найпростіших і на сьогодні залишається дискусійним.

Найпростіші зазвичай є одноклітинними організмами. Однак є й колоніальні та багатоклітинні форми, які не мають спеціалізованої тканинної будови. Поширені найпростіші переважно у вологому середовищі (прісні чи солоні водойми, ґрунт). Окреме місце відведено паразитичним формам, що можуть спричиняти захворювання людини, тварин чи рослин. Основні способи відтворення найпростіших — нестатеве розмноження та статевий процес. Деякі мають складний життєвий цикл із чергуванням поколінь і зміною хазяїв.

Найпростіші, які за організацією подібні до представників рослинного світу, мають спрощену порівняно з іншими рослинами будову клітини. Прикладами таких найпростіших є водорості, зокрема одноклітинні (хламідомонада, хлорела), колоніальні (вольвокс) і багатоклітинні нитчасті (улотрикс) чи таломічні (ламінарія, порфіра тощо). Пластиди водоростей відрізняються за будовою від пластид інших рослин. Зокрема вони різняться кількістю мембран у представників різних відділів: двомембранні в зелених і червоних, тримембранні в евгленових водоростей. Неоднакова в різних представників і кількість тилакоїдів — структурних компонентів хлоропластів.

Одноклітинні найпростіші, які за ознаками подібні до тваринних клітин, належать до однієї групи. Серед найпростіших виокремлюють таксон Саркоджгутикові, який об’єднує вільноживучих (наприклад, амеба протей) і паразитичних (наприклад, дизентерійна амеба, лямблії) представників, що пересуваються за допомогою джгутиків або непостійних виростів цитоплазми — несправжніх ніжок (псевдоподій). За несприятливих умов представники типу можуть утворювати цисти. Тип Споровики об’єднує тільки паразитичних представників, життєвий цикл яких відбувається з чергуванням нестатевого розмноження та статевого процесу, часто за участю декількох організмів-хазяїв (наприклад, малярійний плазмодій) (рис. Х.1, А). У людини представники споровиків можуть спричиняти такі захворювання, як малярія, кокцидіоз, токсоплазмоз. Систематична група Кнідоспоридії представлена паразитичними найпростішими, що спричиняють захворювання тварин (наприклад, риб, малощетинкових червів, перетинчастокрилих комах) (рис. Х.1, Б). Для типу Інфузорії характерною ознакою є наявність війок як органел руху. Однак є й такі, що мають війки лише на певних етапах життєвого циклу, а в інші періоди — нерухомі (рис. Х.1, В). Для інфузорій характерною рисою є наявність мінімум двох ядер — великого (макронуклеус) вегетативного та малого (мікронуклеус) генеративного. Велике ядро забезпечує регулювання всіх життєво важливих процесів клітини, мале ядро — передає спадкову інформацію під час розмноження. Розмножуються інфузорії шляхом поділу навпіл або кон’югацією.

Найпростіші гриби представлені відділами Оомікота та Слизовики. Представники найпростіших грибів утворюють багатоядерний міцелій, між клітинами якого немає перегородок. Такий спосіб об’єднання клітин має назву синцитій. При цьому клітина може не мати мембрани, а окремі частини цитоплазми з ядрами зв’язані між собою цитоплазматичними містками. У складі клітинної стінки, окрім хітину, є целюлоза (що характерно для рослинних клітин). Способи розмноження — нестатеве та статевий процес. Це зазвичай паразитичні організми, які спричиняють захворювання вищих рослин і тварин. Наприклад, фітофтора призводить до захворювання фітофторозом («картопляною гниллю»), яке, спустошуючи поля, може суттєво зменшувати врожай картоплі.

Отже, найпростіші об’єднують надзвичайно багатоманітну групу організмів. Також вони є об’єктом вивчення науковців, які досліджують процеси еволюції. Вважають, що найпростіші є єднальною ланкою між прокаріотичними та сучасними еукаріотичними організмами, такими як рослини і тварини.

Рис. Х.1. Одноклітинні еукаріоти

А. Малярійний плазмодій серед еритроцитів. Б. Кнідоспоридій телоханелюс. В. Сидяча сисна інфузорія.