JEDNOBUNĚČNÉ ORGANISMY: CHARAKTERISTIKA, ROZMNOŽOVÁNÍ, VÝŽIVA – BIOLOGIE – 2025

Živočichové skládající se z jediné buňky s jádrem se nazývají jednobuněčné organismy.

• Jednobuněční živočichové
• Jednobuněčné rostliny
• Kdo objevil jednobuněčné organismy
• Jak vypadá jednobuněčná živočišná buňka?
• Kdo jsou prvoci?
• V jakém prostředí žijí jednobuněčné organismy?
• Závěr

Spojují charakteristické rysy buňky a nezávislého organismu.

Jednobuněční živočichové

Zvířata podříše Jednobuněční neboli Prvoci žijí v kapalném prostředí. Jejich vnější formy jsou rozmanité – od amorfních jedinců, kteří nemají určitý obrys, až po zástupce se složitými geometrickými tvary.

Existuje asi 40 tisíc druhů jednobuněčných živočichů. Mezi nejznámější patří:

• améba;
• zelená euglena;
• brvitý střevíček.

Améba

Patří do třídy oddenků a vyznačuje se proměnlivým tvarem.

Skládá se z membrány, cytoplazmy, kontraktilní vakuoly a jádra.

Absorpce živin se provádí pomocí trávicí vakuoly a další prvoci, jako jsou řasy a bakterie, slouží jako potrava. Pro dýchání potřebuje améba kyslík rozpuštěný ve vodě a pronikající povrchem těla.

Zelená euglena

Má protáhlý vějířovitý tvar. Živí se přeměnou oxidu uhličitého a vody na kyslík a potravinářské produkty díky světelné energii, stejně jako hotové organické látky za nepřítomnosti světla.

Patří do třídy Flagellátů.

Ciliate pantofle

Třída nálevníků, její obrys připomíná botu.

Bakterie slouží jako potrava.

Jednobuněčné houby

Houby jsou klasifikovány jako nižší nechlorofylová eukaryota. Liší se vnějším trávením a obsahem chitinu v buněčné stěně. Tělo tvoří mycelium skládající se z hyf.

Jednobuněčné houby jsou systematizovány do 4 hlavních tříd:

• deuteromycetes;
• chytridiomycetes;
• zygomycetes;
• ascomycetes.

Pozoruhodným příkladem askomycet jsou kvasinky, které jsou v přírodě rozšířené. Rychlost jejich růstu a rozmnožování je vysoká díky jejich speciální struktuře. Kvasinky se skládají z jediné kulaté buňky, která se množí pučením.

Jednobuněčné rostliny

Typickým zástupcem nižších jednobuněčných rostlin, které se v přírodě často vyskytují, jsou řasy:

• chlamydomonas;
• chlorella;
• spirogyra;
• chlorococcus;
• Volvox.

Chlamydomonas se od všech řas liší svou pohyblivostí a přítomností světlocitlivého oka, které určuje místa největší akumulace sluneční energie pro fotosyntézu.

Četné chloroplasty jsou nahrazeny jedním velkým chromatoforem. Úlohu pump, které odčerpávají přebytečnou tekutinu, plní kontraktilní vakuoly. Pohyb se provádí pomocí dvou bičíků.

Zelené řasy, Chlorella, mají na rozdíl od Chlamydomonas typické rostlinné buňky. Hustá skořápka chrání membránu a cytoplazma obsahuje jádro a chromatofor. Funkce chromatoforu jsou podobné úloze chloroplastů v suchozemských rostlinách.

Kulovitá řasa Chlorococcus je podobná Chlorelle. Jeho biotopem je nejen voda, ale i půda, kmeny stromů rostoucí ve vlhkém prostředí.

Kdo objevil jednobuněčné organismy

Čest objevovat mikroorganismy patří holandskému vědci A. Leeuwenhoekovi.

V roce 1675 je prozkoumal mikroskopem vlastní výroby. Jméno nálevníci dostali nejmenší tvorové a od roku 1820 se jim začalo říkat nejjednodušší zvířata.

Zoologové Kelleker a Siebold v roce 1845 klasifikovali jednobuněčné organismy jako zvláštní typ živočišné říše a rozdělili je do dvou skupin:

Jak vypadá jednobuněčná živočišná buňka?

Strukturu jednobuněčných organismů lze studovat pouze pomocí mikroskopu. Tělo nejjednodušších tvorů se skládá z jediné buňky, která funguje jako nezávislý organismus.

Buňka obsahuje:

• cytoplazma;
• organoidy;
• jádro.

Postupem času se v důsledku adaptace na prostředí u některých druhů jednobuněčných organismů vyvinuly speciální organely pro pohyb, vylučování a výživu.

Kdo jsou prvoci?

Moderní biologie klasifikuje prvoky jako parafyletickou skupinu protistů podobných zvířatům. Přítomnost jádra v buňce je na rozdíl od bakterií zahrnuje do seznamu eukaryot.

Buněčné struktury se liší od struktur mnohobuněčných organismů. V živém systému prvoků jsou přítomny trávicí a kontraktilní vakuoly, některé mají organely podobné dutině ústní a řiti.

Třídy prvoků

V moderní klasifikaci založené na charakteristikách neexistuje žádná samostatná hodnost a význam jednobuněčných organismů.

Obvykle jsou rozděleny do následujících typů:

• sarkomastigofory;
• apikomplexany;
• myxosporidium;
• nálevníky;
• labyrinthula;
• Ascestosporadia.

Za zastaralou klasifikaci se považuje dělení prvoků na bičíkovce, sarkódy, nálevníky a sporozoány.

V jakém prostředí žijí jednobuněčné organismy?

Stanovištěm nejjednodušších jednobuněčných organismů je jakékoli vlhké prostředí. Améba obecná, euglena zelená a nálevník střevíčník jsou typickými obyvateli znečištěných zdrojů sladké vody.

Organismy jako radiolaria a foraminifera obývají slané vody. Vyskytují se mezi jednobuněčnými parazity lidí a zvířat.

Mezi velké prvoky, kteří vedou parazitický způsob života, patří žabí spálenina. Tento tvor s četnými bičíky se usadí ve střevech pulce, kde se následně rozmnožuje.

Věda již dlouho klasifikuje opaliny jako řasinky, kvůli vnější podobnosti bičíků s řasinkami a přítomnosti dvou jader. V důsledku pečlivého výzkumu byl vztah vyvrácen. K sexuální reprodukci opalinů dochází v důsledku kopulace, jádra jsou identická a ciliární aparát chybí.

Závěr

Není možné si představit biologický systém bez jednobuněčných organismů, které jsou zdrojem výživy pro ostatní živočichy.

Nejjednodušší organismy přispívají k tvorbě hornin, slouží jako indikátory znečištění vodních útvarů a účastní se koloběhu uhlíku. Mikroorganismy našly široké uplatnění v biotechnologiích.

tito jednobuněčné organismy jsou tvorové, jejichž genetický materiál, enzymatické mechanismy, proteiny a další molekuly nezbytné pro život jsou omezeny na jednu buňku. Díky tomu jsou to extrémně složité biologické entity, často velmi malé.

Ze tří oblastí života jsou dvě – archea a bakterie – tvořeny jednobuněčnými organismy. Tyto prokaryotické organismy jsou nejen jednobuněčné, ale také postrádají jádro a jsou extrémně rozmanité a četné.

Ve zbývající oblasti, eukaryotech, nacházíme jednobuněčné i mnohobuněčné organismy. V jednobuněčném organismu se nacházejí prvoci, některé houby a řasy.

Hlavní vlastnosti

Asi před 200 lety si tehdejší biologové mysleli, že jednobuněčné organismy jsou relativně jednoduché. Tento závěr byl způsoben malým množstvím informací, které dostávali z čoček, které používali k pozorování.

Díky technologickému pokroku v mikroskopii si dnes můžeme vizualizovat komplexní síť struktur jednobuněčných organismů a obrovskou rozmanitost, kterou tyto linie vykazují. V následující části se budeme zabývat nejdůležitějšími strukturami jednobuněčných organismů, eukaryot i prokaryot.

Součásti prokaryotické buňky

Genetický materiál

Nejvýraznější charakteristikou prokaryotické buňky je absence membrány, která obklopuje genetický materiál. To znamená absence skutečného jádra.

DNA je místo toho uspořádána jako nápadná struktura: chromozom. U většiny bakterií a archeí je DNA uspořádána do velkého kruhového chromozomu vázaného na proteiny.

V modelové bakterii, jako je Escherichia coli (více o její biologii v následujících částech), dosahuje chromozom lineární délky až 1 mm, což je téměř 500krát větší než velikost buňky.

Aby se veškerý tento materiál mohl uložit, musí mít DNA superšroubovicovou konformaci. Tento příklad lze extrapolovat na většinu bakterií. Fyzikální oblast, ve které se tato kompaktní struktura genetického materiálu nachází, se nazývá nukleoid.

Kromě chromozomu mohou prokaryotické organismy obsahovat stovky dalších malých molekul DNA zvaných plasmidy.

Stejně jako chromozomy kódují specifické geny, ale jsou od nich fyzicky izolovány. Protože jsou užitečné za velmi specifických okolností, představují jakési pomocné genetické prvky.

Ribozomy

Pro produkci bílkovin mají prokaryotické buňky komplexní enzymatický aparát zvaný ribozomy, které jsou rozmístěny po celém vnitřku buňky. Každá buňka může obsahovat asi 10 000 ribozomů.

Fotosyntetické zařízení

Bakterie, které provádějí fotosyntézu, mají další mechanismy, které jim umožňují zachycovat sluneční světlo a poté ho přeměňovat na chemickou energii. Fotosyntetické bakterie mají membrány s invaginacemi, které ukládají enzymy a pigmenty potřebné pro složité reakce, které provádějí.

Tyto fotosyntetické vezikuly mohou zůstat připojeny k plazmatické membráně nebo se mohou oddělit a zůstat uvnitř buňky.

cytoskelet

Jak název napovídá, cytoskelet je kostrou buňky. Základ této struktury tvoří proteinová vlákna, která jsou nezbytná pro proces buněčného dělení a udržování tvaru buňky.

Nedávné studie ukázaly, že prokaryotický cytoskelet se skládá ze složité sítě filamentů a není tak jednoduchý, jak se dříve myslelo.

Organely v prokaryotech

Historicky byla jednou z nejvýraznějších charakteristik prokaryotického organismu absence vnitřních kompartmentů neboli organel.

Dnes se předpokládá, že bakterie mají specifické typy organel (membránou uzavřených kompartmentů) spojené s ukládáním vápenatých iontů, minerálních krystalů zapojených do orientace buněk a enzymů.

Součásti jednobuněčné eukaryotické buňky

V rámci eukaryotické linie máme také jednobuněčné organismy. Ty se vyznačují tím, že mají genetický materiál obsažený v organele obklopené dynamickou a komplexní membránou.

Stroj pro tvorbu bílkovin se u těchto organismů také skládá z ribozomů. U eukaryot jsou však větší. Rozdíl ve velikosti ribozomů je ve skutečnosti jedním z hlavních rozdílů mezi těmito dvěma skupinami.

Eukaryotické buňky jsou složitější než prokaryotické buňky popsané v předchozí části, protože mají podkompartmenty obklopené jednou nebo více membránami zvanými organely. Patří mezi ně mimo jiné mitochondrie, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, vakuoly a lysosomy.

V případě organismů schopných fotosyntézy mají enzymový aparát a pigmenty uložené ve strukturách zvaných plasty. Nejznámější jsou chloroplasty, ačkoli existují i amyloplasty, chromoplasty, etioplasty a další.

Některé jednobuněčné eukaryoty mají buněčné stěny, například řasy a houby (ačkoli se liší svou chemickou povahou).

Rozdíly mezi bakteriemi a archeami

Jak jsme již zmínili, archaeální i bakteriální domény se skládají z jednobuněčných jedinců. Skutečnost, že tuto vlastnost sdílejí, však neznamená, že se jedná o stejné linie.

Pokud tyto dvě skupiny pečlivě porovnáme, zjistíme, že se od sebe liší stejně, jako se my – nebo jakýkoli jiný savec – lišíme od ryb. Základní rozdíly jsou následující.

buněčná membrána

Počínaje buněčnými hranicemi se molekuly, které tvoří stěnu a membránu obou linií, velmi liší. U bakterií jsou fosfolipidy tvořeny mastnými kyselinami vázanými na glycerol. Naproti tomu archea jsou vysoce rozvětvené fosfolipidy (isoprenoidy) vázané na glycerol.

Kromě toho se liší i vazby, které tvoří fosfolipidy, což vede ke stabilnější membráně u archeí. Z tohoto důvodu mohou archeí žít v prostředí s extrémními teplotami, pH a dalšími podmínkami.

Buněčná stěna

Buněčná stěna je struktura, která chrání buněčný organismus před osmotickým stresem způsobeným rozdíly v koncentracích uvnitř buňky a okolního prostředí a tvoří tak jakýsi exoskelet.

V buňce je obvykle vysoká koncentrace rozpuštěných látek. Podle principů osmózy a difúze by měla voda vstoupit do buňky a zvětšit její objem.

Stěna chrání buňku před prasknutím díky své silné vláknité struktuře. U bakterií je hlavní strukturní složkou peptidový glykan, i když mohou být přítomny i některé molekuly, jako jsou glykolipidy.

V případě archeí je povaha buněčné stěny značně rozmanitá a v některých případech neznámá. Peptidoglykan však ve studiích dosud chybí.

Organizace genomu

Z hlediska strukturální organizace genetického materiálu se archea více podobají eukaryotickým organismům, protože geny jsou přerušeny oblastmi, které nebudou překládány, nazývanými introny – termín používaný pro oblasti, které budou překládány, je „exon“.

Naproti tomu organizace bakteriálního genomu probíhá hlavně v operonech, kde jsou geny uspořádány do funkčních jednotek, jeden po druhém, bez přerušení.

Rozdíly od mnohobuněčných organismů

Zásadní rozdíl mezi mnohobuněčným organismem a jednobuněčným organismem je počet buněk, které organismus tvoří.

Mnohobuněčné organismy se skládají z více než jedné buňky a obvykle je každá buňka specializována na specifický úkol, přičemž oddělení úkolů je jednou z jejích nejvýznamnějších charakteristik.

Jinými slovy, protože buňka již nemusí provádět všechny činnosti nezbytné k udržení organismu naživu, dochází k rozdělení úkolů.

Například neuronové buňky plní zcela jiné úkoly než buňky ledvin nebo svalů.

Tento rozdíl v prováděných úkolech se projevuje v morfologických rozdílech. To znamená, že ne všechny buňky, které tvoří mnohobuněčný organismus, mají stejný tvar – neurony mají stromovitý tvar, svalové buňky jsou protáhlé atd.

Specializované buňky mnohobuněčných organismů jsou seskupeny do tkání, které jsou zase seskupeny do orgánů. Orgány, které vykonávají podobné nebo další funkce, jsou seskupeny do systémů. Máme tedy strukturální hierarchickou organizaci, která není patrná u jednobuněčných objektů.

reprodukce

Asexuální reprodukce

Jednobuněčné organismy se rozmnožují nepohlavně. Upozorňujeme, že tyto organismy nemají speciální struktury zapojené do reprodukce, jako je tomu u různých typů mnohobuněčných tvorů.

Při tomto typu nepohlavního rozmnožování otec plodí potomky bez potřeby sexuálního partnera nebo fúze gamet.

Nepohlavní rozmnožování se klasifikuje různými způsoby, obvykle se jako reference používá rovina nebo tvar dělení, který organismus používá k dělení.

Běžným typem je binární štěpení, kdy z jedince vzniknou dva organismy identické s rodičem. Některé mají schopnost dělení a produkce více než dvou potomků, což je známé jako vícenásobné štěpení.

Dalším typem je pučení, kdy organismus vytváří menší výhonek. V těchto případech mateřský organismus vytváří výhonek, který dále růst do odpovídající velikosti a nakonec se oddělí od svého mateřského organismu. Jiné jednobuněčné organismy se mohou rozmnožovat tvorbou spor.

Ačkoli je nepohlavní rozmnožování typické pro jednobuněčné organismy, není pro tuto linii jedinečné. Touto metodou se mohou rozmnožovat i některé mnohobuněčné organismy, jako jsou řasy, houby, ostnokožci a další.

Horizontální přenos genů

Ačkoli se prokaryota nerozmnožují pohlavně, mohou si vyměňovat genetický materiál s jinými jedinci prostřednictvím události zvané horizontální přenos genů. Tato výměna nezahrnuje přenos materiálu z rodičů na děti, ale probíhá mezi jedinci stejné generace.

K tomu dochází prostřednictvím tří hlavních mechanismů: konjugace, transformace a transdukce. V prvním typu si mohou být dlouhé úseky DNA vyměňovány fyzickým spojením mezi dvěma jedinci pomocí pohlavních pilulí.

V obou mechanismech je velikost vyměněné DNA menší. Transformace je získání nahé DNA bakterií, zatímco transdukce je získání cizí DNA v důsledku virové infekce.

bohatství

Život lze rozdělit do tří hlavních domén: archea, bakterie a eukaryota. První dvě jsou prokaryota, protože jejich jádro není obklopeno membránou a všechny jsou to jednobuněčné organismy.

Současné odhady naznačují, že na Zemi existuje 3 až 10 druhů bakterií a archeí, z nichž většina je nepojmenovaná a nepopsaná. Ve skutečnosti se naše vlastní těla skládají z dynamických populací těchto organismů, které s námi navázaly symbiotické vztahy.

výživa

Výživa jednobuněčných organismů je extrémně rozmanitá. Existují jak heterotrofní, tak autotrofní organismy.

První jmenované jsou nuceny konzumovat potravu z prostředí, obvykle požitím částic potravy. Autotrofní varianty mají veškeré potřebné vybavení k přeměně světelné energie na chemické látky uložené v cukrech.

Stejně jako každý živý organismus, i jednobuněčné rostliny potřebují pro optimální růst a reprodukci určité živiny, jako je voda, zdroj uhlíku, minerální ionty a další. Některé však také potřebují specifické živiny.

Příklady jednobuněčných organismů

Vzhledem k velké rozmanitosti jednobuněčných organismů je obtížné uvést příklady. Zmíníme však modelové organismy v biologii a organismy s lékařským a průmyslovým významem:

colibacillus

Nejvíce studovaným organismem je bezpochyby bakterie Escherichia coli. Ačkoli některé kmeny mohou mít negativní účinky na zdraví, E. coli je normální a hojnou součástí lidské mikrobioty.

To je prospěšné z několika hledisek. V našem trávicím traktu bakterie pomáhají produkovat určité vitamíny a konkurenceschopně vylučují patogenní mikroorganismy, které mohou proniknout do našeho těla.

Navíc je v biologických laboratořích jedním z nejčastěji používaných modelových organismů, což je velmi užitečné pro vědecké objevy.

Trypanosoma cruzi

Jedná se o prvoka, který žije uvnitř buněk a způsobuje Chagasovu chorobu. Ve více než 17 zemích tropů je považován za závažný problém veřejného zdraví.

Jednou z nejvýraznějších charakteristik tohoto parazita je přítomnost bičíku pro pohyb a jediné mitochondrie. Na své savčí hostitele je přenáší hmyz patřící do čeledi Hemiptera, nazývaný triatomini.

Mezi další příklady mikroorganismů patří mimo jiné Giardia, Euglena, Plasmodium, Paramecium, Saccharomyces cerevisiae.

reference

1. Alexander, M. (1961). Úvod do půdní mikrobiologie. John Wiley and Sons, Inc.
2. Baker, G. K., Smith, J. J., & Cowan, D. A. (2003). Přehled a reanalýza primerů specifických pro 16S doménu. Journal of Microbiological Methods, 55(3), 541-555.
3. Forbes, BA, Sahm, DF a Weissfeld, AS (2007). Diagnostická mikrobiologie. Mosby.
4. Freeman, S. (2017). Biologická věda. Pearson Education.
5. Murray, P. R., Rosenthal, K. A., & Pfaller, M. A. (2015). Lékařská mikrobiologie. Elsevier Health Sciences.
6. Rees, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. W. a Jackson, R. B. (2014). Campbellova biologie. Pearson Education.