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如何从根本上区别单细胞生物与细胞
感谢小秘书邀请。
真的像楼上所说,这是个太大的题目。只能简明扼要的说了。
1,定义。
细胞(cell),生物学的定义是——细胞是生命的结构和功能单位,借分裂复制自己,维持生命的世代延续。
就此来说,细胞的外延中,已经包含了单细胞生物在内。那么,单细胞生物的定义是什么呢——是指由原核或真核单个细胞构成的生命体。 (施万)
2,细胞的发现和细胞学的建立。
17世纪发明了显微镜。1665年,英国的R.胡克描述了植物组织并提出细胞一词;1673年,荷兰的列文虎克描述了血细胞、精子和许多原生生物。
但直到将近200年以后,1839年,德国生物学家施万和施莱登明确提出细胞学说——“细跑是生物的基本颗粒“。
1892年,德国胚胎学家、解剖学家O.赫特维希提出,有机体的进化过程是细胞进化过程的反映,从此使细胞学成为生物学的一个分支。
1902-1904年,美国遗传学家W.萨顿和德国动物学家T.博韦里证明了细胞分裂与遗传的关系,因此被誉为染色体遗传理论(亦称萨顿-博韦里氏理论)的创始人。
现代细胞学家在细胞活动的研究中采用了许多物理、化学方法,使细胞学又有长足进步。
3,生命的产生和原核生物。
科学家们证实,地球上的生物大约起源于38亿年前。最早的生物是原核生物——细菌。其化石,已在地质年代为35亿的地层中发现。 在以后的10亿年间,地球上的生命都是由原核生物组成。
原核生物(Prokaryotes),其构成是单一的原核细胞(prokaryotic cell)。这样的细菌种类很多,比如蓝藻类、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌、紫细菌和古细菌。
原核生物的主要特征是——很小,大约只有1-10纳米;有类核但无细胞核;没有细胞内质膜系统;没有和蛋白质组成的复合体;没有膜包裹的细胞器;不是有性繁殖;单向的基因传递,等等。
4,真核生物——生命的进阶。
大约27亿年前,真核生物(eukaryotes)出现了——许多科学家认为,这是地球生命史上最重要和最富戏剧性的事件。
真核生物与原核生物截然不同——具有由膜包裹的细胞核,含有一些分开的染色体。第一个真核生物的出现,显然经历过嵌合体的形成——来自古细菌和真细菌的共生。接下来,新生的真核细胞又获得了各种共生体作为细胞器,比如线粒体和(植物中的)叶绿体。
5,最早的真核生物只含有一个细胞。
事实的确如此。所以,长期以来,科学家们在给生物分类的时候,专门划分了“原生生物界”,其中包含的就是单细胞真核生物。 但是后来,又发现了单细胞的植物(绿藻)、单细胞的动物(原生动物)和单细胞的真菌。而且,一些主要是由单细胞物种构成的分类群,比如褐藻(褐藻门)和红藻(红藻门)等等当中,也含有一些多细胞的物种。在一些基本的单细胞分类群中,普遍存在着一些多细胞体。即使是细菌有时也聚合成大的细胞聚集体。在植物界(后生植物)、真菌界和动物界(后生动物)中多细胞体现象最为普遍。
旧的分类方法划分出单细胞的植物(藻类)、真菌和动物(原生动物),但是现在已将这些单细胞生物都归入到原生生物中。
6,多细胞生物的产生。
单细胞生物如何进化成多细胞生物?科学家们认为,细菌中有不少多细胞体的先驱。走向多细胞体的第一步似乎是躯体尺寸的增加,这种现象已经在十几种单细胞原生生物、藻类和真菌中发现了。这通常导致了这些聚合细胞体功能的分化,最终产生出真正的多细胞体。
真正形成多细胞生物,大约发生在5.6-5.3亿年前。
以多细胞动物为例——现在活着的最原始的多细胞动物是扁盘动物(Trichoplax),主要由腹侧和背侧各一个细胞层构成。这种动物通过“游动细胞”繁殖。再发展是海绵(海绵动物门),其原生生物祖先可能是领细胞虫。分子分析表明,动物进化的下一个阶段,即腔肠动物,来源于海绵动物。 再往后,伴随着动物类群的种系发生,逐渐形成了丰富多彩的动物世界。见下图——
7,作为动物组织的细胞。
动物组织的细胞有如下功能——吸收细胞,负责向内转输代谢物质,一般生长有大量微绒毛以增加吸收面积。分泌细胞,合成特殊物质供在细胞外发挥作用,其内膜系统特别发达。神经细胞,借树突接受信息并经轴突传导至其他神经、肌肉或腺体。施万氏细胞,包绕神经细胞膜起绝缘作用。感觉细胞,接受光、触压、化学等刺激,引起邻接神经细胞的冲动。肌肉细胞,高度特化;骨骼肌及平滑肌细胞为合胞体;心肌细胞则互相广泛连接,负责整体行动及器官的舒缩蠕动。支持组织中的细胞,可产生胶原蛋白或沉积钙盐。循环细胞中,红细胞输氧;白细胞吞噬异物或死组织;淋巴细胞则制造抗体蛋白。生殖细胞,亦高度特化,卵细胞体大而富营养,受精时只接受一个精子,然后经多次卵裂至每个细胞恢复到一般大小。
8,“高等”植物的细胞及组织。
植物细胞具有细胞壁,起支持作用,在低渗环境中亦不致因吸水而胀破。细胞内多液泡,生长时,一般仅为液泡扩大。叶绿体有光合作用。植物的一些死细胞仍具功能,如起保护作用的木栓细胞和负责传输养分的维管细胞。另外,在根茎尖部的分生组织,则长期保持生长潜能,不同的细胞类型亦由此分化而出。各类型细胞的差别,多表现在胞壁和液泡上。如叶子的上皮细胞,外壁加厚阻挡水、气的出入;而花的上皮细胞的液泡,则富含色素。
9,总结一下。
第一,细胞是个大概念,包含了真核细胞和原核细胞。因而,也就包含了单细胞生物。
第二,原核细胞及生物,如前介绍,其细胞构成和功能是与真核细胞不同的。
第三,早期的真核生物都是单细胞生物;包括现在仍存在的单细胞生物,都已经归入“原生生物界”当中。原生生物界中不包括原核生物,因为细菌不是生物学意义上的物种,且不是有性繁殖。
第四,真核单细胞生物中的细胞,与多细胞生物中的细胞,区别主要表现在功能不同上——分工没有“专业化”。
大致就是这些了。
世界上最大的单细胞生物有多大
在我们大多数人的潜意识认为,单细胞生物就代表着小!确实这种想法也没错,但是凡事总有例外不是吗?
因此我们先盘点下,单细胞生物的大小排名。
单细胞生物尺寸排名
第十名:stentor(喇叭虫属)
它可以长到2豪米长,并且形如喇叭而得名。2毫米可能并没有很大,但在单细胞生物中绝对算是巨人级别。
第九名:Spirostomum
这种生物可以4毫米左右,它在淡水和海洋中都能找到,常被认为是小虫子。但在显微镜下观察,它变成了 很明显,它实际上是一个单独的,非常长的细胞。当它受到干扰时,它可以 缩小到原来尺寸的四分之一 不到百分之一秒。这是的 已知最快的任何细胞收缩。和Stentor一样,Spirostomumis也是纤毛虫。
第八名:Chaos Carolinensis
最大可以到5毫米,它以其他微生物,小型无脊椎动物为食。
第七名:Gromia Sphaerica
这是一种形如球的巨型单细胞生物,它能够长到3厘米,其以沉积物中的有机物为食。
第六名:Sailor’s Eyeball
它是这份名单中第一个“植物”原生动物,其可以长到4厘米甚至更多,并且因为会被较少的藻类和动物覆盖,所以很漂亮。
第五名:Spiculosiphon Oceana
首次发现于2013年,是一种能够长到5厘米的变形虫。
第四名:Acetabularia
一种独特的蘑菇状菌类,可以长到10厘米。主要生活在浅水,多岩石的水域中。
第三名:Syringammina Fragilissima
一种巨型变型虫,直径可达到20厘米。
第二名:Plasmodial Slime Molds
真菌类的疟原虫黏菌,直径可达1米,以细菌为食。
第一名:Caulerpa Taxifolia (Aquarium Strain)
它由一长串蕨类植物状的叶子组成,总长度可达3米。
什么原因限制了单细胞生物的体型
为什么大多数单细胞生物都很小呢?主要是三个原因:
一:表面积与体积比
当物体体积增大时,相比起来表面积增加的并没有那么大,而较大的表面积体积比有利于细胞从外界环境获得营养成分,供细胞内的一系列生化反应。
因此减小体积能极大地保证营养物质的吸收和废物的外排。而单细胞原核生物,一般通过简单的物质扩散来吸收营养物质,以及外排废物。
二:细胞核与细胞质比
三:细胞膜、细胞壁的韧性
单细胞生物除了有一层细胞膜之外,通常还包裹这一层细胞壁。而细胞膜的结构极易受到温度等其他外界调节的影响,甚至是破坏。
所以这三点原因决定了,体积太大并不好。反而是负担。(不翻译的原因是怕翻不准确,所以就没翻)
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