1.4. Eukariotske stanice u višestaničnih organizama
Uvod
Prvi višestanični organizmi pojavili su se prije 1,7 milijarda godina. Pojavu višestaničnosti eukariotskim organizmima omogućio je njihov metabolizam koji im je osiguravao više energije od metabolizma prokariotskih stanica. Jednostanični eukariotski organizmi prvo su stvarali kolonije, a zatim se, sve većom specijalizacijom stanica za različite uloge, razvila prava višestaničnost.
Prvi višestanični organizmi pojavili su se prije 1,7 milijarda godina.
Pojavu višestaničnostiomogućio je metabolizam eukariota koji im je osiguravao više energije od metabolizma prokariota.
Jednostanični eukariotski organizmi prvo su stvarali kolonije.
Specijalizacijom stanica za različite uloge razvila se prava višestaničnost.
Usporedba jednostaničnih i višestaničnih organizama
Jednostanični i višestanični organizmi razlikuju se po ulogama stanica koje ih izgrađuju. Stanica jednostaničnoga organizma mora preuzeti sve životne uloge toga organizma, uzimati i razgraditi hranjive tvari, stvarati raznolike proteine, razmnožavati se, kretati se itd. Višestanični organizam sadrži različite stanice specijalizirane za pojedinačne uloge. Neke stanice primjerice služe za uzimanje kisika iz zraka, neke stanice dobavljaju organizmu hranu, a neke pak prenose hranjive tvari i kisik ostalim stanicama.
Promotrite slike različitih tkiva i stanica čovjeka snimanih elektronskim mikroskopom. Razmislite kako brojnost pojedinih staničnih dijelova utječe na njihovu ulogu u organizmu.
Jednostanični i višestanični organizmi razlikuju se po ulogama stanica koje ih izgrađuju.
Stanica jednostaničnoga organizma:
- mora preuzeti sve životne uloge toga organizma
- uzimati i razgraditi hranjive tvari
- stvarati raznolike proteine
- razmnožavati se
- kretati se itd.
Višestanični organizam sadrži različite specijalizirane stanice.
Različite stanice specijalizirane su za pojedinačne uloge:
- uzimanje kisika iz zraka
- dobavljanje hrane organizmu
- prijenos hranjivih tvari i kisika ostalim stanicama.
Promotrite slike različitih tkiva i stanica čovjeka snimanih elektronskim mikroskopom. Razmislite kako brojnost pojedinih staničnih dijelova utječe na njihovu ulogu u organizmu.
Specijalizacija stanica
Srčano mišićno vlakno sadrži brojne mitohondrije (plavo) koje okružuju gusto raspoređena mišićna vlakanca. Povećanje: 8000 x
Žlijezdne stanice gušterače u citoplazmi sadrže gustu mrežu hrapavoga endoplazmatskog retikuluma s brojnim ribosomima (tamno obojene točke). Povećanje: 28 000 x
Stanica lojne žlijezde u svojoj citoplazmi sadrži jako razvijenu mrežu glatkoga endoplazmatskog retikuluma (ružičasto). Žutom bojom obojeni su mitohondriji, a plavom uljne kapljice. Povećanje: 10 000 x
×
Srčano mišićno vlakno sadrži brojne mitohondrije (plavo) koje okružuju gusto raspoređena mišićna vlakanca. Povećanje: 8000 x
Žlijezdne stanice gušterače u citoplazmi sadrže gustu mrežu hrapavoga endoplazmatskog retikuluma s brojnim ribosomima (tamno obojene točke). Povećanje: 28 000 x
Stanica lojne žlijezde u svojoj citoplazmi sadrži jako razvijenu mrežu glatkoga endoplazmatskog retikuluma (ružičasto). Žutom bojom obojeni su mitohondriji, a plavom uljne kapljice. Povećanje: 10 000 x
Prednost takvih specijaliziranih stanica jest ta što je njihova učinkovitost veća od stanica jednostaničnih organizama te svoje zadaće obavljaju a da, primjerice, u isto vrijeme ne skrbe o vlastitim resursima. Ipak, svako tkivo, odnosno svaka stanica u višestaničnome organizmu mora u svakome trenutku kvalitetno obavljati svoju zadaću bez koje organizam ne bi preživio, a pojedine stanice jednostaničnih organizama ne ovise o učinkovitosti ostalih. Višestanični organizmi u pravilu žive dulje od jednostaničnih. Unutar jednoga višestaničnog (ljudskog) organizma mnoge stanice stalno umiru, a zamijene ih nove koje su nastale mitozom. Iako brojne stanice umiru svakim danom, organizam nastavlja živjeti i obavljati zadaće. Dulji život omogućuje veće usložnjavanje organizma i razvoj brojnih novih obilježja što povećava biološku raznolikost ekosustava u kojima ti organizmi žive.
Pogledajte primjere organizama različitog životnog vijeka.
Specijalizirane stanice u odnosu na stanice jednostaničnih organizama:
• imaju prednost jer je njihova učinkovitost veća od stanica jednostaničnih organizama
- Svoje zadaće obavljaju a da, primjerice, u isto vrijeme ne skrbe o vlastitim resursima.
• svako tkivo, odnosno svaka stanica mora u svakome trenutku kvalitetno obavljati svoju zadaću bez koje organizam ne bi preživio, a pojedine stanice jednostaničnih organizama ne ovise o učinkovitosti ostalih
• višestanični organizmi u pravilu žive dulje od jednostaničnih
- Unutar jednoga višestaničnog (ljudskog) organizma mnoge stanice stalno umiru, a zamijene ih nove koje su nastale mitozom.
- Iako brojne stanice umiru svakim danom, organizam nastavlja živjeti i obavljati zadaće.
- Dulji život omogućuje veće usložnjavanje organizma i razvoj brojnih novih osobina što povećava biološku raznolikost ekosustava u kojima ti organizmi žive.
Pogledajte primjere organizama različitog životnog vijeka.
Životni vijek različitih organizama
Jedan od najstarijih organizama na Zemlji jest jedno crnogorično stablo u Kaliforniji, SAD-u, staro gotovo 5 000 godina.
Jedinke nekih žarnjaka, poput hidri, lako regeneriraju svoje tkivo. Rezultati nekih istraživanja o moći regeneracije hidri pokazali su da ta skupina žarnjaka obnavljanjem svoga tkiva ne pokazuje nikakve znakove starenja. Pretpostavlja se da hidre zbog regeneracije i nespolnoga razmnožavanja imaju mogućnost živjeti iznimno dugo zbog čega ih neki nazivaju i besmrtnima.
Većina stanica raznih vrsta bakterija žive jako kratko. Ipak, zbog mogućnosti stalnoga dijeljenja kojim nastaju stanice klonovi, neki znanstvenici smatraju da su takvi organizmi besmrtni. Povećanje: 3000 x
Mnoge vrste kitova, kao i mnogi drugi veliki sisavci, imaju životni vijek do 100 godina. U jednoj uhvaćenoj jedinki kita nedavno je pronađen vršak harpuna podrijetlom iz 19. stoljeća, što ukazuje na mogućnost življenja i duže od 100 godina.
Dulji životni vijek ne omogućuje samo razvoj nekih složenih prilagodbi, nego i omogućuje mnogim organizmima da uče, stječu iskustva i razvijaju vještine.
×
Jedan od najstarijih organizama na Zemlji jest jedno crnogorično stablo u Kaliforniji, SAD-u, staro gotovo 5 000 godina.
Jedinke nekih žarnjaka, poput hidri, lako regeneriraju svoje tkivo. Rezultati nekih istraživanja o moći regeneracije hidri pokazali su da ta skupina žarnjaka obnavljanjem svoga tkiva ne pokazuje nikakve znakove starenja. Pretpostavlja se da hidre zbog regeneracije i nespolnoga razmnožavanja imaju mogućnost živjeti iznimno dugo zbog čega ih neki nazivaju i besmrtnima.
Većina stanica raznih vrsta bakterija žive jako kratko. Ipak, zbog mogućnosti stalnoga dijeljenja kojim nastaju stanice klonovi, neki znanstvenici smatraju da su takvi organizmi besmrtni. Povećanje: 3000 x
Mnoge vrste kitova, kao i mnogi drugi veliki sisavci, imaju životni vijek do 100 godina. U jednoj uhvaćenoj jedinki kita nedavno je pronađen vršak harpuna podrijetlom iz 19. stoljeća, što ukazuje na mogućnost življenja i duže od 100 godina.
Dulji životni vijek ne omogućuje samo razvoj nekih složenih prilagodbi, nego i omogućuje mnogim organizmima da uče, stječu iskustva i razvijaju vještine.
Odnos površine i volumena stanica
Usporedite omjer površine i volumena stanica različitih veličina. U zadatku možete mijenjati volumen i brojnost stanica. Također možete istražiti kako odnos površine i volumena utječe na brzinu prijenosa tvari kroz staničnu membranu.
Klikom na "Prijenos tvari" započet će prijenos tvari u stanicu. Promotrite kako površina utječe na brzinu prijenosa tvari u stanicu.
vrijeme (ms)
vrijeme (ms)
1.) Zamislite dva nosoroga iste mase koji su sastavljeni od stanica različitih veličina. Miljenko je nosorog koji je građen od velikoga broja malih stanica, a Berislav je nosorog koji je građen od manjega broja velikih stanica. Upišite ime nosoroga čije će se stanice brže opskrbljivati hranjivim tvarima.
2.) Uspoređujući prosječnu veličinu i površinu njihovih tijela, odaberite organizam koji će najdulje sačuvati tjelesnu toplinu u hladnim staništima vječnoga leda Antarktike.
Odnos površine i volumena slijedi iste matematičke zakone neovisno o obliku, stoga ćemo se koristiti jednostavnim oblikom kocke u sljedećemu primjeru. Usporedite formule za izračunavanje površine i volumena kocke:
površina 6 x a2
volumen a3
Kako raste duljina stranice kocke označene slovom a, rastu i površina i volumen, makar ne istom krivuljom. Promotrite krivulje rasta površine i volumena kocke. Povećava li se površina jednako kao i volumen s rastom stanice?
Slika 1.4.1.:Odnos povećanja površine i volumena s povećanjem stranice kocke označene slovom a
Povećanje površine jest funkcija kvadrata, a povećanje volumena jest funkcija kuba. Zamislitevolumen kao prostor unutar stanice koji je proporcionalan količini tvari potrebnoj za život, a površinu kao staničnu membranu preko koje je moguće te tvari unijeti u stanicu. Kako se stanica povećava, odnosno kako joj se povećava volumen, povećava se i količina tvari koje su potrebne stanici. Povećanje volumena nije popraćeno istim takvim povećanjem površine te stoga s porastom veličine stanice postupno opada mogućnost dobave potrebne količine tvari preko stanične membrane. Zato će se stanice nosoroga Miljenka brže opskrbljivati potrebnim tvarima od stanica nosoroga Berislava. Prijenos tvari provodi se kroz membranu u stanicu ili iz stanice u okolinu. Toplina se na isti način može prenositi u tijelo ili gubiti iz tijela u okolinu preko površine kože. Ako promatramo odnos površine naspram volumena tijela, slon iz našeg zadatka dulje će sačuvati toplinu u hladnom staništu od miša, mačke ili čovjeka jer slon ima najmanji omjer površine tijela naspram volumena tijela, što znači da ima relativno malu površinu preko koje može gubiti toplinu.
Odnos površine i volumena slijedi iste matematičke zakone neovisno o obliku.
Stoga ćemo se koristiti jednostavnim oblikom kocke/kugle u sljedećemu primjeru.
Usporedite formule za izračunavanje površine i volumena kocke čija stranica je označena slovom a:
površina 6 x a2
volumen a3
Kako raste duljina stranice, rastu i površina i volumen, makar ne istom krivuljom.
Promotrite krivulje rasta površine i volumena kocke.
Povećava li se površina jednako kao i volumen s rastom stanice?
Slika 1.4.1.: Odnos povećanja površine i volumena s povećanjem stranice kocke označene slovom a
Povećanje površine jest funkcija kvadrata, a povećanje volumena jest funkcija kuba.
Promotrite volumen kao prostor unutar stanice koji je proporcionalankoličini tvari potrebnoj za život.
Promotrite površinu kao staničnu membranu preko koje je moguće te tvari unijeti u stanicu.
Kako se povećava volumen stanice, povećava se i količina potrebne tvari. Povećanje volumena ne prati isto takvo povećanje površine.
Zato će se stanice nosoroga Miljenka brže opskrbljivati potrebnim tvarima od stanica nosoroga Berislava.
Prijenos tvari provodi se kroz membranu u stanicu ili iz stanice u okolinu. Toplina se na isti način može prenositi u tijelo ili iz tijela u okolinu preko površine kože.
Zato će slon iz našeg zadatka dulje sačuvati toplinu u hladnom staništu od miša, mačke ili čovjeka jer slon ima najmanji omjer površine tijela naspram volumena tijela, što znači da ima relativno malu površinu preko koje može gubiti toplinu.
Građa biološke membrane
Biološka membrana jest selektivno propusna prepreka koju nalazimo u svim organizmima. Svaka promatrana stanica ima jednu takvu prepreku koja okružuje njezinu citoplazmu i odvaja je od okoline, a zovemo je stanična membrana. Eukariotske stanice imaju biološke membrane i unutar svoje citoplazme. Mnoge stanične strukture eukariotske stanice građene su od bioloških membrana: mitohondriji, kloroplasti, endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat i jezgrina ovojnica. Prisjetite se imaju li i prokariotske stanice stanične strukture u citoplazmi građene od bioloških membrana. Glavna uloga membrane jest da odvaja dio staničnog prostora od njegove okoline. Na taj način, stanična membrana omogućuje održavanje posebnih biokemijskih uvjeta unutar odvojenog staničnog prostora. Ipak, citoplazma nije u potpunosti odvojena od svoje okoline kao što i mitohondriji nisu odvojeni od svoje okoline – citoplazme. Bitno svojstvo membrane jest da je polupropusna, što znači da ovisno o uvjetima neke tvari propušta, a neke ne.
Pogledajte videozapis o građi bioloških membrana.
Biološka membrana jest selektivno propusna prepreka koju nalazimo u svim organizmima. Svaka promatrana stanica ima jednu takvu prepreku.
Takva prepreka okružuje njezinu citoplazmu i odvaja je od okoline. Polupropusnu prepreku stanice zovemo stanična membrana.
Eukariotske stanice imaju biološke membrane i unutar svoje citoplazme. Mnoge stanične strukture eukariotske stanice građene su od bioloških membrana:
- mitohondriji
- kloroplasti
- endoplazmatski retikulum
- Golgijev aparat
- jezgrina ovojnica.
Prisjetite se imaju li i prokariotske stanice stanične strukture u citoplazmi građene od bioloških membrana.
Glavna uloga membrane jest da odvaja dio prostora od njegove okoline.
Unutar odvojenoga dijela prostora održava posebne biokemijske uvjete.
Ipak, citoplazma nije u potpunosti odvojena od svoje okoline kao što i mitohondriji nisu odvojeni od svoje okoline – citoplazme.
Bitno svojstvo membrane jest da je polupropusna.
Polupropusnost membrane znači da neke tvari propušta, a neke ne, ovisno o uvjetima.
Pogledajte videozapis o građi bioloških membrana.
Videozapis prikazuje prozirnu stanicu ovalnog oblika čiji se gornji dio odvaja kako bi se vidjela njena unutrašnjost i organeli koji su obavijeni biomembranama - jezgra (kuglastog oblika), mitohondriji (ovalnog oblika), Golgijev aparat (spljoštene membranske vreće naslagane jedna na drugu) i endoplazmatski retikulum (mreža kanalića koja se nastavlja na jezgrinu ovojnicu). Zatim je prikazan računalni trodimenzionalni model isječka stanične membrane. Vidljivo je da je biomembrana izgrađena od dvosloja fosfolipda. Fosfolipidi su molekule koje imaju kuglastu glavu na koju se nastavljaju dva repa. U membrani su organizirani u dvosloj tako da su glave okrenute prema van, a repovi jedni prema drugima. U membranu je umetnut veći broj molekula kolesterola i proteina. Membranski proteini se protežu kroz cijelu biomembranu i mogu djelovati kao kanalići za prolaz nekih molekula kroz biomembranu. Na površini biomembrane nalaze se lančaste molekule ugljikohidrata.
Vrste tkiva
Bitno obilježje višestaničnih organizama jest diferencijacija stanicai udruživanje stanica iste zadaće u tkiva i zatim udruživanje tkiva u organe. Različite skupine specijaliziranih stanica imaju različite zadaće, što je od iznimne važnosti za velike višestanične organizme.
Promotrite slike i obrazložite važnost diferencijacije stanica u višestaničnim organizmima.
Najvažnija obilježja višestaničnih organizama:
• diferencijacija stanica
• udruživanje stanica iste zadaće u tkiva
• udruživanje tkiva u organe.
Različite skupine specijaliziranih stanica imaju različite zadaće.
Specijaliziranost stanica jest od iznimne važnosti za velike višestanične organizme.
Promotrite slike. Obrazložite važnost diferencijacije stanica u višestaničnim organizmima.
Udruživanje stanica u tkiva
Ameba preko svoje membrane uzima hranjive tvari i kisik iz svoje okoline, otpadni ugljikov(IV) oksid i ostale produkte metabolizma preko membrane izbacuje izvan stanice.
Stanice gušterače gusto su postavljene jedna uz drugu i bilo bi im iznimno teško doći do potrebnih tvari na način na koji to čini ameba jer nisu uvijek u izravnome kontaktu s okolinom ljudskoga organizma. Stanice različitih tkiva ovise jedne o drugima.
×
Ameba preko svoje membrane uzima hranjive tvari i kisik iz svoje okoline, otpadni ugljikov(IV) oksid i ostale produkte metabolizma preko membrane izbacuje izvan stanice.
Stanice gušterače gusto su postavljene jedna uz drugu i bilo bi im iznimno teško doći do potrebnih tvari na način na koji to čini ameba jer nisu uvijek u izravnome kontaktu s okolinom ljudskoga organizma. Stanice različitih tkiva ovise jedne o drugima.
Životinjska tkiva
Proučite različite tipove životinjskih tkiva.
Biljna tkiva
Kliknite na različite tipove biljnih tkiva i proučite njihove uloge.
Tkiva gljiva
Stanice gljiva jesu eukariotske stanice koje sadrže stanične dijelove koji su zajednički biljnim i životinjskim stanicama poput jezgre, mitohondrijia, ribosoma itd. Organizirane su u duguljaste tvorbe koje se nazivaju hife. U hifama su stanice povezane lančano i obavijene su staničnom stijenkom građenom od hitina. Zajednički naziv svih hifa neke gljive jest micelij. Pogledajte sliku tkiva gljiva i razmislite zašto su hife razgranane i mrežasto organizirane u miceliju.
Slika 1.4.2.:Hife su nitasto udružene stanice gljiva okružene zajedničkom staničnom stijenkom.
Stanice gljiva su eukariotske stanice.
- Sadrže stanične dijelove koji su zajednički biljnim i životinjskim stanicama
poput jezgre, mitohondrijia, ribosoma i drugih.
Eukariotske stanice gljiva organizirane su u duguljaste tvorbe koje nazivamo hife.
- U hifama su stanice povezane lančano i obavijene su staničnom stijenkom.
- Stanična stijenka građena je od hitina.
- Zajednički naziv svih hifa neke gljive jest micelij.
Pogledajte slike tkiva gljiva. Razmislite zašto su hife razgranane i mrežasto organizirane u miceliju.
Slika 1.4.2.: Hife su nitasto udružene stanice gljiva okružene zajedničkom staničnom stijenkom.
Za kraj...
Višestanični organizmi imaju neke prednosti nad jednostaničnima:
● jedinke u pravilu mogu dulje živjeti
● mogu činiti veći organizam
● imaju stanice specijalizirane za posebne zadaće – veća je iskoristivost resursa.
Neki nedostatci višestaničnih organizama jesu:
● stanice jednoga tipa ovise o učinkovitosti svih drugih stanica u organizmu
● potrebna im je veća količina resursa za održavanje organizma
● nepovoljan je odnos površine i volumena što je organizam veći.
Biološke membrane izgrađuju staničnu membranu svih organizama i neke stanične dijelove eukariotskih stanica.
Biološke membrane izgrađene su od fosfolipidnoga dvosloja, umetnutih proteina, kolesterola i jednostavnih ugljikohidrata.
Višestanični organizmi imaju neke prednosti nad jednostaničnima:
● mogu u pravilu dulje živjeti
● mogu činiti veći organizam
● imaju stanice specijalizirane za posebne zadaće – veća je iskoristivost resursa.
Neki nedostatci višestaničnih organizama jesu:
● stanice jednoga tipa ovise o učinkovitosti svih drugih stanica u organizmu
● potrebna im je veća količina resursa za održavanje organizma
● nepovoljan je odnos površine i volumena što je organizam veći.
Biološke membrane izgrađuju:
• staničnu membranu svih organizama
• neke stanične dijelove eukariotskih stanica. Biološke membrane izgrađene su od:
- fosfolipidnog dvosloja
- umetnutih proteina
- kolesterola
- jednostavnih ugljikohidrata.
