Telo všetkých organizmov je zložené z jednej alebo viacerých základných morfologických a funkčných jednotiek - buniek. Bunka predstavuje autonómny celistvý živý systém, ktorý môže samostatne existovať a rozmnožovať sa. Podľa súčasných názorov založených na poznatkoch modernej biológie prebiehal vývoj živých systémov na Zemi v troch líniách, ktoré sú reprezentované tromi odlišnými skupinami organizmov: archeónmi, baktériami a eukaryotmi.
Základné rozdelenie živých organizmov
Prvé dve línie sa nazývajú prokaryota alebo prokaryotické organizmy, lebo sú charakteristické prokaryotickým typom buniek. K prokaryotickým organizmom patria len baktérie a sinice. Naopak, k eukaryotickým patria všetky ostatné organizmy, ako sú huby, rastliny a živočíchy. Eukaryoty alebo eukaryonty sú organizmy, ktorých bunky (tzv. eukaryotické bunky) majú hlavnú genetickú informáciu uloženú v bunkovom jadre izolovanom od okolitého prostredia (cytoplazmy) fosfolipidovou membránou. Oddelene od prokaryotických a eukaryotických organizmov musia byť vírusy, lebo vírusy nie sú bunky. Vírusy patria medzi mikroorganizmy, ich veľkosť sa udáva v nanometroch (nm) a sú viditeľné iba elektrónovým mikroskopom.
Prokaryotické organizmy: Charakteristika a rozmnožovanie
Charakteristika prokaryotickej bunky
Prokaryota, to znamená archeóny a baktérie, patria medzi mikroorganizmy - jednobunkové organizmy dosahujúce mikroskopické rozmery. Ich veľkosť sa udáva v mikrometroch (µm) a sú viditeľné svetelným mikroskopom. Prokaryotické organizmy sú len jednobunkové a nikdy netvoria funkčne a morfologicky diferencované tkanivá. Prokaryotické bunky sú spravidla menšie a stavbou jednoduchšie ako eukaryotické. Sú charakteristické tým, že nemajú svoj vnútorný priestor rozčlenený membránami na štruktúrne a funkčné celky.
Preto aj jadro nie je oddelené od cytoplazmy jadrovou membránou a tvorí ho vlastne iba molekula DNA (kruhový chromozóm) voľne uložená v cytoplazme. Jadro je v centre bunky, kde zaberá asi 20% objemu, je haploidné a obsahuje asi 3500 génov. Neobsahuje históny a nie je od cytoplazmy oddelené jadrovou membránou. V cytoplazme sú ribozómy (nazývajú sa prokaryotické), ktoré zabezpečujú syntézu bielkovín a rôzne inklúzie. Jedinou membránou v prokaryotických bunkách je cytoplazmatická membrána. Cytoplazma vypĺňa vnútrobunkový priestor bakteriálnej bunky, lebo baktérie nemajú vakuoly. Malý a membránami nerozdelený vnútorný priestor bakteriálnej bunky umožňuje vysokú pravdepodobnosť kolízie reagujúcich molekúl alebo štruktúr.
Okrem hlavnej DNA obsahujú mnohé baktérie aj DNA vo forme malých, do kruhu uzatvorených dvojito reťazovitých molekúl, asi tisíckrát menších ako chromozóm, ktoré sa nazývajú plazmidy. Bunková stena je jediný pevný útvar v bakteriálnej bunke, dáva bunke tvar a mechanicky ju chráni pred vonkajším prostredím. Kompenzuje aj značný osmotický pretlak a spôsobuje chemickú odolnosť bunky. Základnou zložkou bunkovej steny baktérií je chemická zlúčenina, ktorá sa vyskytuje len pri baktériách a nazýva sa peptidoglykan.
Spôsoby rozmnožovania prokaryotov
Rozmnožovanie baktérií sa deje primárne nepohlavným spôsobom, a to priečnym delením (binárne delenie) bunky. Tomuto procesu predchádza zdvojenie (replikácia) bakteriálneho jadra, oddelenie nových jadier a následné rozdelenie bunky. Za optimálnych podmienok trvá generačná doba extrémne krátko, približne 15 - 30 minút. Pri niekoľkých druhoch je známe aj pučanie, hoci tento spôsob delenia je typickejší pre kvasinky (eukaryoty).
Niektoré skupiny, ako sú cyanobaktérie a aktinomycéty, tvoria aj špecifické rozmnožovacie štruktúry - spóry. Tieto spóry, napríklad u bacilov, sú odolné voči nepriaznivým podmienkam, ako sú extrémne teploty či chemikálie, čo im umožňuje prežitie v náročnom prostredí. Sinice sa rovnako rozmnožujú nepohlavným spôsobom, priečnym delením. Po rozdelení bunky často zostávajú pohromade a tvoria kolónie obklopené slizom, alebo v prípade vláknitých siníc, pošvu podobnú dutej rúrke.
Eukaryotické organizmy: Komplexnosť a diverzita reprodukčných stratégií
Charakteristika eukaryotickej bunky
Eukaryotické bunky sú podstatne väčšie a komplexnejšie než prokaryotické, majú priemerne desaťkrát väčšie lineárne rozmery. Sú tzv. kompartmentalizované, teda rozdelené na jednotlivé „oddelenia“. Ich hlavným evolučným znakom je pravé jadro, ktoré je od cytoplazmy zreteľne oddelené jadrovou membránou. Toto jadro uchováva DNA v podobe chromozómov a riadi všetky životné procesy. Genetický materiál je uložený v jadre, prípadne v niekoľkých jadrách (u nálevníkov) a v semiautonómnych organelách, ako sú mitochondrie a plastidy. V jadre tvorí DNA a niektoré proteíny (napr. históny) tzv. chromatín.
Vnútorný priestor eukaryotickej bunky je bohatšie členený a obsahuje zložité membránové organely, ktoré sú taktiež obalené fosfolipidovými membránami, napríklad mitochondrie, plastidy, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lyzozómy či vakuoly. Okrem toho bunky eukaryotov obsahujú aj tzv. cytoskelet, čo je vnútorná kostra bunky zaisťujúca pohyb buniek a vnútorný transport, a plní dôležité funkcie aj pri delení buniek. Ribozómy v eukaryotických bunkách sú väčšie (tzv. 80S) a ťažšie ako ribozómy prokaryotov, s výnimkou ribozómov v plastidoch a mitochondriách, ktoré sú podobné prokaryotickým.
Spôsoby rozmnožovania eukaryotov
Meióza
V rozmnožovaní (reprodukcii) eukaryotov hrá veľkú úlohu nepohlavné rozmnožovanie, avšak evolučne unikátna je schopnosť rozmnožovať sa pohlavne (sexuálne). Pomerne často dochádza k pravidelnému striedaniu pohlavného a nepohlavného rozmnožovania, čiže k tzv. rodozmene (metagenézia). Nepohlavne sa množí väčšina prvokov, ale aj niektoré mnohobunkové organizmy. U jednobunkových organizmov je nepohlavné rozmnožovanie spojené s mitózou (bunkovým delením), kedy sa bunka rozdelí na dve rovnaké dcérske jedince.
Okrem jednoduchého delenia poznáme aj pučanie (napr. u niektorých prvokov ako Suctoria) alebo mnohonásobné delenie bunky (polytomia), pri ktorom vzniká množstvo dcérskych buniek (typické pre rôzne Apicomplexa). Eukaryotické bunky sa teda delia mitózou alebo meiózou.
Pohlavné rozmnožovanie je v rámci eukaryotickej domény neobyčajne rozšírené a v užšom zmysle sú tohto typu rozmnožovania schopné len eukaryoty. Typický scenár zahŕňa proces redukčného delenia (meiózy), pri ktorom vznikajú dva typy sexuálne diferencovaných buniek, tzv. gaméty. Ak sú gaméty podobné, ide o izogamiu; ak sú odlišné, hovoríme o anizogamii. Špecifickým typom je oogamia, kde je veľká samičia pohlavná bunka oplodnená malou pohyblivou samčou pohlavnou bunkou. Splynutím dvoch pohlavných buniek vzniká zygota, ktorá sa potom ďalej mitoticky delí.
Niekedy splývajú priamo rodičovské bunky (gamónty), čoho príkladom je konjugácia nálevníkov. Pri konjugácii sa dva jedince k sebe priložia cytostómom a splynú. Makronukleus sa rozpustí, mikronukleus sa v každej bunke dvakrát po sebe mitoticky delí, takže vznikajú 4 malé jadrá. Tri z nich sa rozpúšťajú, posledné sa ešte raz meioticky delí na stacionárne a migratívne jadro. Migratívne jadrá si jedince medzi sebou vymenia, vzápätí každé splýva so stacionárnym jadrom druhého jedinca. Vzniká synkaryon a jedince sa od seba oddeľujú. Zložitým delením synkaryonu v každom jedincovi vznikajú 2 makro- a 2 mikronukleusy.
Porovnanie rozmnožovacích procesov
Pre lepšie pochopenie rozdielov v rozmnožovaní prokaryotických a eukaryotických organizmov je vhodné zhrnúť kľúčové aspekty:
| Vlastnosť | Prokaryotické organizmy | Eukaryotické organizmy |
|---|---|---|
| Typ bunky | Prokaryotická (bez pravého jadra) | Eukaryotická (s pravým jadrom) |
| Hlavný spôsob rozmnožovania | Nepohlavné: priečne delenie (binárne delenie) | Nepohlavné (mitóza, pučanie, mnohonásobné delenie) a pohlavné (meióza, gaméty) |
| Delenie DNA | Replikácia kruhového chromozómu, jednoduché rozdelenie | Mitóza (delenie somatických buniek) a Meióza (tvorba pohlavných buniek) |
| Genetický materiál | Kruhový chromozóm, plazmidy, voľne v cytoplazme | Lineárne chromozómy v jadre (s histónmi), mitochondriálna/plastidová DNA |
| Genetická variabilita | Nižšia (mutácie, horizontálny génový transfer) | Vyššia (sexuálne rozmnožovanie, meióza, crossing-over) |
| Generačná doba | Veľmi krátka (15-30 minút) | Väčšinou dlhšia |
| Zložitosť procesu | Jednoduché a efektívne | Komplexné, často s viacerými fázami a mechanizmami |
| Špeciálne štruktúry/procesy | Spóry (odolnosť), pučanie (menej časté) | Konjugácia (u nálevníkov), rodozmena (metagenézia) |
Evolučný význam a pôvod eukaryotickej bunky
Zrod eukaryotickej bunky predstavuje jednu z najväčších diskontinuít v evolúcii živých organizmov. Nepoznáme žiadne organizmy, ktoré by boli niekde na prechode medzi eukaryotickými a prokaryotickými organizmami. Podľa často uvádzanej endosymbiotickej teórie vznikli eukaryotické bunky evolučne z prokaryotických buniek. Pôvod eukaryotickej bunky doteraz nie je úplne známy, avšak podľa súčasných poznatkov sa zdá, že ku vzniku eukaryotov prispeli tak archeálne, ako aj bakteriálne genómy.
Jedným zo svetlých miest v tejto teórii je vznik mitochondrií. V tejto organele bola totiž nájdená DNA, ktorá vykazuje značnú príbuznosť s baktériami z radu Rickettsiales. Získanie mitochondrií bolo zásadným krokom v evolúcii eukaryotických buniek. Podľa vodíkovej hypotézy, prepracovanej Martinom a Mullerom, eukaryotická bunka vznikla symbiózou dvoch typov prokaryotických organizmov - archeónov zo skupiny tzv. metanogénov a baktérií zo skupiny α-proteobaktérií. Až potom vznikli mitochondrie (a plastidy), a to ďalšími endosymbiotickými udalosťami. Túto hypotézu potvrdzujú aj dáta získané sekvenovaním DNA, ktoré ukazujú, že tretina eukaryotických génov má homológy v prokaryotických organizmoch, konkrétne v baktériách i archeónoch.
Zaujímavou otázkou zostáva, prečo jedine eukaryotické bunky dokázali vytvoriť organizmy s obrovskou štrukturálnou rozmanitosťou - od jednobunkových až po človeka s desiatkami špecializovaných buniek - zatiaľ čo prokaryotické organizmy zostali verné štandardnej organizácii buniek s minimálnou štrukturalizáciou. Dôvodom je energetická efektivita: rozhodujúci parameter je množstvo dostupnej energie na gén. Eukaryotické bunky majú 200 000-násobne väčšie množstvo dostupnej energie na gén než prokaryotické bunky. Táto vyššia energetická kapacita, spojená s prítomnosťou mitochondrií, umožnila eukaryotom vyvinúť väčšie genómy a komplexnejšie bunkové štruktúry, ktoré sú základom všetkého živého, čo môžeme pozorovať voľným okom.
tags: #porovnajte #rozmnozovanie #eukaryotickych #a #prokarytocickych #organizmov