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Welche einzelligen Eukaryoten vermehren sich sexuell?

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Mit sexueller Fortpflanzung meine ich zumindest Gametogenese oder Paarungsbrücken. Früher hatte ich den Eindruck, dass sich einzellige Organismen überhaupt nicht sexuell fortpflanzen.

Bisher sind die sich sexuell reproduzierenden einzelligen Eukaryoten, die mir bekannt sind, Hefen, Kieselalgen, Malariaerreger Plasmodium und einige Diplomaten.


Dies beantwortet Ihre ursprüngliche Frage von "einfachstes" versus "kleinstes". Bei den Größen bin ich mir nicht sicher.

Diplomonaden untersuchen: https://en.wikipedia.org/wiki/Diplomonad Am bemerkenswertesten unter ihnen ist Giardia: https://en.wikipedia.org/wiki/Giardia

Diese Kreaturen sind primitiv genug, um Golgi zu fehlen, und ihre Version von "Mitochondrien" ist wesentlich anders genug (ohne ATP zu synthetisieren), um mit einem anderen Namen, Mitosomen, bezeichnet zu werden. Die meisten haben zwei Kerne und wurden bis vor relativ kurzer Zeit nicht einmal daran gedacht, sich sexuell zu vermehren


Epigenetik der Reproduktion bei Tieren

Fortpflanzung bei einzelligen Eukaryoten

Eukaryoten (aus dem Altgriechischen ευ (eu), „gut, wahr“ und κάρυον (karion), Kernel) sind gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines Kerns, einer Reihe von Chromosomen, in denen die DNA in Form von Nukleoproteinen organisiert ist, und durch eine Reihe von membrangebundenen Organellen. Einzellige Eukaryoten gehören zu zwei Hauptgruppen: Protista und einzellige Pilze. Einzellige Eukaryonten haben sich möglicherweise ungefähr 2 Milliarden Mya entwickelt, die photosynthetischen Algen entwickelten sich zwischen 1600 und 1500 Mya, und Rotalgen, die ältesten taxonomisch identifizierbaren Eukaryoten, entwickelten 1200 Mya (Hedges et al., 2004).

Einzellige Eukaryoten vermehren sich ungeschlechtlich und sexuell. Einzellige Eukaryoten vermehren sich sexuell oder ungeschlechtlich. Die asexuelle Fortpflanzung bei einzelligen Eukaryoten beinhaltet die Mitose, d. h. die Verdoppelung von Chromosomen und Zytoplasma, um im Prozess der Zellteilung „Zwillingszellen“ zu produzieren ( Abb. 2.16 ).

Abbildung 2.16. Asexuelle Fortpflanzung bei Eukaryoten. Mitose teilt die Chromosomen in einem Zellkern.

Quelle: Von http://en.wikipedia.org/wiki/Mitosis .


Der Effekt von in vitro Kultur auf einzelligen Eukaryoten: Anpassung von Trypanosoma brucei brucei Blutkreislaufformen führen zu Veränderungen der Genkopienzahl

Die meisten Forscher, die einzellige Eukaryoten untersuchen, arbeiten mit einer äußerst begrenzten Anzahl von laborangepassten Isolaten, die vor Jahrzehnten aus dem Feld gewonnen wurden, aber die Auswirkungen der Passage bei Labornagern und die Anpassung an in vitro Kultur, wenig erforscht. Zum Beispiel ist die überwiegende Mehrheit der Studien von Trypanosoma brucei Biologie hat sich auf nur zwei Stämme konzentriert, Lister 427 und EATRO1125, die vor über einem halben Jahrhundert aus dem Feld genommen wurden und seitdem unzählige Passagen in Nagetieren und in der Kultur durchlaufen haben. Wir beschreiben hier zwei neue Trypanosoma brucei brucei Stämme. MAK65 und MAK98, die seit der Isolierung von ugandischen Rindern nur 3 Nagetierpassagen durchgemacht haben. Die Anpassung dieser Stämme an die Kultur wurde von Veränderungen der Genkopienzahlen begleitet, von denen einige auch bei anderen laborangepassten Stämmen, Feldisolaten von T. rhodesiense, und der Genomstamm TREU927 wurden verglichen. Reproduzierbare Zunahmen wurden für Gene beobachtet, die für Histone, Enzyme der mRNA-Prozessierung und -Degradation, das zytosolische Chaperon HSP70 und zwei Proteine, die für die Reaktion auf DNA-Schäden erforderlich sind, kodieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich ähnliche Arbeiten mit anderen eukaryontischen Erregern lohnen würden. Inzwischen sind die beiden neuen T. brucei Stämme sollten für Forscher nützlich sein, die an Trypanosomendifferenzierung und Pathogenität interessiert sind. Sie haben unterschiedliche Pathogenitäten in Mäusen und können sich auch in ihrer Neigung zur Differenzierung von stumpfen Formen unterscheiden, was anhand der Morphologie und der mRNA-Expression beurteilt wird. MAK65 wächst besser als MAK98 in Kultur in Blutstromform und ist einheitlich diploid, während MAK98 für Chromosom 5 triploid ist. Für beide Stämme ist eine Genomsequenz mit einer über 100-fachen Abdeckung verfügbar.


Gibt es einzellige Organismen, die sich sexuell vermehren können?

Ich frage mich nur, ob es einzellige Eukaryoten (Protisten) gibt, die sich in irgendeiner Weise sexuell vermehren. Oder ist dies ein Merkmal, das sich nur zu unterschiedlichen Zeiten bei Tieren, Pflanzen und Pilzen entwickelt hat? (Tut mir leid für mein schlechtes Englisch)

Ja, die meisten einzelligen Eukaryoten haben eine Form von sexuellem Zyklus, obwohl dieser oft zusätzlich zu einem asexuellen Zyklus erfolgt. Es gibt die Arten, für die der Sexualzyklus "nie beobachtet" wurde, was bedeutet, dass er nicht existiert, aber in Wirklichkeit haben wir sie noch nie unter Bedingungen beobachtet, die die sexuelle Fortpflanzung stimulieren würden.

Ja, innerhalb der früheren Gruppen im Baum des Lebens haben viele einzellige Organismen einzigartige Wege gefunden, sich sexuell zu vermehren, um die genetische Vielfalt zu erhöhen. Chamyldome, Tetrahymena, Paramecium, um nur einige zu nennen, haben einzigartige sexuelle Zyklen, die während bestimmter Arten von Nährstoffmangel auftreten. Es wird vermutet, dass diese einkeuligen Lebensformen die frühen Vorfahren der Art und Weise der Fortpflanzung von Tieren sind (die Verschmelzung zweier ungleicher Gameten - und die Bildung von "Paarungstypen" -> ihr Analogon zu männlich/weiblich). Tatsächlich sind viele ihrer Fusionsproteine ​​mit unseren konserviert!

Auch ein Gruß an einzellige Hefen (Pilze), die sich auch sexuell reproduzieren :)

Es ist eine interessante Frage zu fragen, wo die sexuelle Fortpflanzung wirklich begann?


Inhalt

Die ersten versteinerten Beweise für die sexuelle Fortpflanzung bei Eukaryoten stammen aus der Stenian-Zeit vor etwa 1 bis 1,2 Milliarden Jahren. [10]

Evolutionsbiologen schlagen mehrere Erklärungen für die Entwicklung der sexuellen Fortpflanzung und ihre Aufrechterhaltung vor. Zu diesen Gründen gehören die Verringerung der Wahrscheinlichkeit der Anhäufung schädlicher Mutationen, die Erhöhung der Anpassungsrate an sich ändernde Umgebungen, [11] Umgang mit Konkurrenz, DNA-Reparatur und Maskierung schädlicher Mutationen. [12] [13] [14] Alle diese Vorstellungen darüber, warum die sexuelle Fortpflanzung aufrechterhalten wurde, werden im Allgemeinen unterstützt, aber letztendlich bestimmt die Größe der Bevölkerung, ob die sexuelle Fortpflanzung vollständig von Vorteil ist. Größere Populationen scheinen schneller auf einige der Vorteile zu reagieren, die durch sexuelle Fortpflanzung erzielt werden, als kleinere Populationen. [fünfzehn]

Die Aufrechterhaltung der sexuellen Fortpflanzung wurde durch Theorien erklärt, die auf mehreren Selektionsebenen funktionieren, obwohl einige dieser Modelle umstritten bleiben. [ Zitat benötigt ] Neuere Modelle, die in den letzten Jahren vorgestellt wurden, legen jedoch einen grundlegenden Vorteil für die sexuelle Fortpflanzung nahe, indem sie komplexe Organismen langsam reproduzieren.

Die sexuelle Fortpflanzung ermöglicht es diesen Arten, Eigenschaften zu zeigen, die von der spezifischen Umgebung, in der sie leben, und den besonderen Überlebensstrategien, die sie anwenden, abhängen. [16]

Um sich geschlechtlich zu vermehren, müssen sowohl Männchen als auch Weibchen einen Partner finden. Im Allgemeinen wird bei Tieren die Partnerwahl von den Weibchen getroffen, während die Männchen um die Wahl konkurrieren. Dies kann dazu führen, dass Organismen extreme Anstrengungen unternehmen, um sich zu reproduzieren, wie z. So hat die sexuelle Fortpflanzung als Form der natürlichen Auslese einen Einfluss auf die Evolution. Beim Geschlechtsdimorphismus variieren die grundlegenden phänotypischen Merkmale zwischen Männchen und Weibchen derselben Art. Dimorphismus findet sich in beiden Geschlechtsorganen und in sekundären Geschlechtsmerkmalen, Körpergröße, Körperkraft und Morphologie, biologischer Ornamentik, Verhalten und anderen Körpermerkmalen. Die sexuelle Selektion wird jedoch nur über einen längeren Zeitraum impliziert, was zu einem Sexualdimorphismus führt. [17]


Eukaryontische Zellen sind viel komplexer als prokaryontische Zellen. Sie sind größer und besitzen membrangebundene Organellen, wie den Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten. Die unten abgebildete menschliche Nervenzelle ist eine eukaryontische Zelle.

Der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre stieg im Zeitraum zwischen 2,2 und 1,9 Milliarden Jahren von weniger als 1 % des heutigen Niveaus auf etwa 15 % des heutigen Niveaus. Eukaryotische Fossilien weisen darauf hin, dass der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre in dieser Zeit ausreichend gestiegen war, um aerobe eukaryotische Zellen zu unterstützen (Sarangi, 2004).

Vor 2 bis 1,5 Milliarden Jahren entwickelten und diversifizierten sich einfache eukaryotische Organismen (Protisten) schnell. Akritarchen gelten als Fossilien früher eukaryotischer Zellen und sind seit 1,5 Milliarden Jahren im Fossilienbestand vorhanden. Andere mögliche eukaryotische Fossilien wurden auf 2,1 und 2,7 Milliarden Jahre datiert (Martin, 2002). Die ersten eukaryotischen Fossilien sind die Hunderte von Exemplaren der Alge Grypania vor 2,1 Milliarden Jahren, die 0,5 mm breit und bis zu 0,5 m lang sein konnten (Han, 1992), die auch während des Zeitraums von vor 1,6 bis 1,0 Milliarden Jahren bekannt sind (ein Zeitraum, der als Mesoproterozoikum bekannt ist). Die Erscheinung von Grypania spirlais weist darauf hin, dass der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre genug angestiegen war, um aerobe eukaryotische Zellen zu unterstützen. Der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre stieg im Zeitraum zwischen 2,2 und 1,9 Milliarden Jahren von weniger als 1 % des heutigen Niveaus auf etwa 15 % des heutigen Niveaus (Moczydlowska, 2005). Aus dem Mesoproterozoikum sind eine Reihe von Algenfossilien bekannt, und im Neoproterozoikum gab es eine signifikante Zunahme der Algendiversität (von vor 1 Milliarde Jahren auf vor 540 Millionen Jahren). Während der Ediacara-Periode wurden Acritarchen und Grünalgen größer, vielfältiger und komplexer (McCall, 2006).

Eukaryotische Zellen waren vor 1,7 Milliarden Jahren weit verbreitet (Kerr, 1995). Biologische Lipide, die für Cyanobakterien und Eukaryoten charakteristisch sind, wurden in Gesteinen identifiziert, die 2,7 Milliarden Jahre alt sind. Es ist möglich, dass sich Cyanobakterien lange vor dem Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre entwickelt haben. Wenn diese Moleküle die Überreste eukaryotischer Zellaktivität darstellen, dann entstanden Eukaryoten 500 Millionen bis eine Milliarde Jahre vor ihren frühesten bekannten fossilen Überresten (Brocks, 1999 Brocks, 2003). Mikroskopische Fossilien können schwierig zu interpretieren sein, da es schwierig ist, zwischen prokaryontischen und kleinen, einzelligen eukaryontischen Zellen zu unterscheiden (Yoon, 2004). Eukaryontische Zellen sind größer, viel komplexer und verfügen über interne membrangebundene Organellen (wie Zellkerne, Mitochondrien, Chloroplasten). Diese Protisten (meist einzellige Organismen) bestehen nicht nur aus modernen eukaryontischen Zellen, sondern sind auch der Zelltyp, aus dem Pilze, Pflanzen und Tiere bestehen.

Wie hat sich der eukaryotische Kern entwickelt? Es können prokaryontische Zellen sein, die eine Plasmamembran kodieren, einfach eine zusätzliche Membran, die das Bakterienchromosom umgibt. Die DNA des Eubakteriums Gemmata obscuriglobus ist von zwei Membranen umgeben. Es ist nicht bekannt, ob diese Membran Aufschluss über die Evolution der eukaryontischen Kernmembran geben wird und es gibt keine Hinweise auf Kernporen oder einen Nukleolus (Fürst, 1991). Wenn sich der eukaryontische Kern auf diese Weise entwickelt hätte, würde man erwarten, dass einer der beiden Prokaryontentypen näher mit den Eukaryonten verwandt ist.

Endosymbiose bezieht sich auf einen Zustand, bei dem eine Zelle zum Nutzen beider in einer anderen Zelle lebt. Ist das möglich? Jawohl. Es gibt Hunderte von bekannten Beispielen für Endosymbionten wie Bakterien, die in Protisten leben, und Algen, die in Korallen, Würmern, Muscheln und sogar Mollusken namens Nautiloide leben. Es gibt Hunderte von bekannten Beispielen für Endosymbionten wie Bakterien, die in Protisten leben, Algen, die in Korallen leben, Würmer, Muscheln und sogar Weichtiere, die Nautiloide genannt werden. So gibt es beispielsweise eine große Anzahl von Arten in der Protozoenfamilie Trypanosomatidae, von denen viele menschliche Krankheiten wie die Chaga-Krankheit und die Afrikanische Schlafkrankheit verursachen. Einige Mitglieder der Familie besitzen Endosymbionten (wie Blastocrithidia cullicis, Crithidia deanei, C. desouzai, C. oncopelti und Heretomonas roitmani (de Souza, 1999). Endosymbionten sind nicht nur in modernen Organismen (einschließlich moderner Termiten) bekannt auch in Fossilien identifiziert Spirochäten- und Protistensymbionten einer Termiten im Miozän-Bernstein (Wier, 2002) Es ist üblich, dass Gene, die ursprünglich im Endosymbionten vorhanden waren, schließlich auf den Wirtskern übertragen werden Das Genom der Plastiden von Dinoflagellaten stark reduziert, bestehend aus Einzelgen-Minikreisen, die etwa 15 Proteine ​​kodieren.Die meisten Gene für die Photosysteme wurden in den Zellkern verlagert (Hackett, 2004).

Es gibt viele Beweise, die die Theorie stützen, dass Mitochondrien und Chloroplasten tatsächlich die Nachkommen von Eubakterien sind, die von einer protoeukaryotischen Zelle verschlungen wurden und als Endosymbionten überlebten (wird derzeit diskutiert). Es ist möglich, dass auch der eukaryontische Kern aus einem endosymbiotischen Ereignis hervorgegangen ist. In einem solchen Modell hätte eine Archaeenzelle eine eubakterielle Zelle verschlungen. Die Entstehung des eukaryotischen Kerns durch Endosymbiose wurde erstmals 1910 vorgeschlagen (Hartman, 2002). Obwohl einige der Meinung sind, dass sich die eukaryotische Zelle gebildet hat, wenn eine Archaeenzelle ein Eubakterium verschlingt, besteht das Hauptproblem bei diesem Modell darin, dass keine bekannten modernen Bakterien ein flexibles Zytoskelett besitzen, das mit der Zellmembran interagiert, um eine Phagozytose zu ermöglichen. (Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass Homologe der Proteine, die das eukaryotische Zytoskelett bilden, in Bakterien bekannt sind). Der Kern ist wie alle Endosymbionten von einer Doppelmembran umgeben (Hartman, 1984, Hartman, 2002).

Ein Modell für den Ursprung der eukaryotischen Zelle ist, dass ein auf RNA basierender Organismus (als Kronozyten bezeichnet) einen Prokaryoten verschlang, der schließlich zum Zellkern wurde. In diesem Modell umhüllte ein phagozytischer Kronozyt eine Archaea und die Plasmamembran der Archaeen bildete die Kernmembran. Das endosymbiotische Ereignis, das die eukaryotischen Mitochondrien hervorbrachte, wäre danach aufgetreten. Die resultierende Zelle hätte viele nukleäre Gene besessen, die vom archaealen Chromosom stammen, einige aus der Übertragung von mitochondrialen (eubakteriellen) Genen auf den Kern und einige aus dem ursprünglichen Kronozyten.

ENDOSYMBIOSE UND DER URSPRUNG VON MITOCHONDRIEN UND CHLOROPLASTEN

Es gibt nicht nur eine Reihe von Endosymbionten, die sich vor kurzem entwickelt haben und noch immer den größten Teil ihrer angestammten Natur behalten, sondern es gibt auch Beweise für ältere endosymbiotische Ereignisse, einschließlich derer, die die Mitochondrien und Chloroplasten eukaryotischer Zellen hervorgebracht haben. Mitochondrien und Chloroplasten sind eukaryotische Organellen, die eine Reihe von Merkmalen aufweisen, die darauf hindeuten, dass sie von eubakteriellen Vorfahren abstammen. Sie haben eine ähnliche Größe wie Bakterien und besitzen ihre eigenen Chromosomen, die wie die von Bakterien kreisförmig sind. (Infolgedessen ist es falsch zu sagen, dass menschliche Zellen 46 Chromosomen haben: Das mitochondriale Chromosom besteht aus einem 47. und kann in jeder Zelle in vielen Kopien vorhanden sein.) Mitochondrien und Chloroplasten ähneln auch Bakterien in ihren Ribosomen. Cytochrom c, genetischer Code, Translationsinitiation, Translationsinitiationsfaktoren und interne Struktur. Sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten vermehren sich ebenso wie Bakterien durch Spaltung und können von den Genen im Zellkern nicht synthetisiert werden. Werden sie aus einer Zelle entfernt, kann die Zelle sie nicht ersetzen ( Gray, 1992, Margulis, 1996).

Sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten sind empfindlich gegenüber Antibiotika, die Bakterien wie Streptomycin, Spectinomycin, Neomycin und Chloramphenicol beeinflussen, während sie durch Mittel wie Cyclohexamid, die das Zytoplasma beeinflussen, nicht beeinflusst werden. Viele dieser Antibiotika wirken auf bakterielle Ribosomen. Allerdings besitzen eukaryotische Mitochondrien ihre eigenen Gene, die zu Ribosomen beitragen. Es gibt zwei rRNAs, die vom mitochondrialen Genom kodiert werden: MTRNR1 (Nukleotide 648-1601) und MTRNR2 (Nukleotide 1671-32229). Nicht nur, dass hohe Dosen bestimmter Antibiotika potenziell gefährlich für alle Menschen sind (weil sie zusätzlich zur Hemmung von Bakterien auch Mitochondrien hemmen), manche Menschen besitzen Variationen dieser mitochondrialen rRNA-Gene, die ihre Mitochondrien bakterienähnlicher machen und daher bei Einnahme schwerwiegende Reaktionen hervorrufen können ein Antibiotikum (OMIM).

Plasmide sind kleine DNA-Stücke, die außerhalb der Hauptchromosomen existieren. Obwohl praktisch alle Plasmide von Bakterien bekannt sind, ist bekannt, dass einige in Mitochondrien existieren. In Pilzen und höheren Pflanzen sind eine Reihe von linearen mitochondrialen Plasmiden bekannt, von denen einige die Anwesenheit von zwei Plasmiden erfordern, um sich zu replizieren (Chan, 1991). Plasmidartige DNAs sind sowohl aus Pilz- als auch aus Pflanzenmitochondrien bekannt (Gray, 1992).

mmikrofossilien (Fossilien mikroskopischer Organismen) sind in vielen Sedimenten reichlich vorhanden. Das Hauptinteresse an Mikrofossilien (Mikropaläontologie) gilt der Stratigraphie, insbesondere der Identifizierung von Schichten, in denen Öl gefunden werden könnte. Auch nach dem Rückgang der Ölförderung sind die meisten arbeitenden Paläontologen immer noch stratigraphische Mikropaläontologen. Mehr Paläontologen spezialisieren sich auf die mikroskopischen Foraminiferen als auf die Fossilien jeder anderen Organismengruppe. Eine Reihe verschiedener Arten von Mikroorganismen können als Fossilien vorhanden sein, insbesondere diejenigen, die die unten aufgeführten Muscheln herstellen.

Foraminiferen sind amöbenähnliche Mikroorganismen, die eine innere Schale haben, die normalerweise aus Calcit oder Aragonit besteht. Es gibt Hunderte in einem typischen Liter Meerwasser und oft mehr als eine Million pro Quadratmeter auf dem Meeresboden (Sand vieler tropischer Strände, der vollständig aus ihren Muscheln besteht). Sie sind in aquatischen Nahrungsketten sehr wichtig und ernähren sich von Abfällen. Die frühesten sind aus dem frühen Kambrium bekannt und wurden im gesamten Paläozoikum komplexer. Sie sind die wichtigsten Arten von Indexfossilien des späten Paläozoikums für die Stratigraphie. Es gibt über 6000 Arten, die über die Kontinente hinweg mit Zonen korreliert werden können, die nur 2-3 Millionen Jahre dauern. Am Ende des Perms gibt es ein Massensterben von Foraminiferen. Die folgenden Bilder zeigen moderne Foraminiferen (Prothero, 1998).

Radiolarane sind auch mit Amöben verwandt und bilden ein Skelett aus Siliziumdioxid. Sie sind halb so groß wie Foraminiferen und leben im marinen Plankton. Die frühesten sind aus dem frühen Kambrium bekannt und wurden im gesamten Paläozoikum komplexer. Am Ende des Perms gibt es ein Massensterben von Radiolarien.

Kieselalgen sind eine einzellige, mikroskopisch kleine Algenform, die auch eine Hülle aus Silizium bildet und gut versteinert. Die folgenden Bilder sind von Fossil Radiolarine und Kieselalgen.

Das Folgende sind Bilder von fossilen Süßwasser-Kieselalgen.

Akriarchen waren eine Gruppe von mehr als 100 Phytoplanktonarten (von denen viele wahrscheinlich Grünalgen waren). Nach der präkambrischen Vereisung vor etwa 600 Millionen Jahren nahm die Diversität der Akritarchen deutlich zu. Auf die Diversifizierung der Acritarchen folgte eine Diversifizierung der Ediacara-Tiere. Viele dieser Akritarchen starben vor dem Einsetzen des Kambriums aus (Moczydlowska, 2005 Willman, 2006). Diverse Ansammlungen von Akritarchen bewohnten die offenen Wasser- und Bodenumgebungen in der Edicaran- und Kambrium-Periode (Zang, 1992). Obwohl angenommen wird, dass die meisten Acritarchen einzellige Algen darstellen, können auch mehrzellige Algen und möglicherweise andere Organismen (wie Pilze) enthalten sein. Daher stellen Acritarchen wahrscheinlich eine polyphyletische Gruppe dar. Das Aussterben der Akritarchen im späten Präkambrium könnte durch Pflanzenfresser durch Ediacrana-Tiere verursacht worden sein (Huntley, 2006). Die Diversität der Acritarchen nahm vom Neoproterozoikum bis zum Kambrium zu (Tiwari, 2009).

Eine riesige moderne Amöbe ist dafür bekannt, Spuren zu hinterlassen, die als Wurmspuren interpretiert werden könnten, und präkambrische Spurenfossilien können Eindrücke von riesigen fossilen Protisten darstellen (Matz, 2008). Eine Gruppe einzelliger Protisten, die Choanozoen, scheinen die Schwestergruppe der Tiere zu sein (Brooke, 2003)

Die sexuelle Fortpflanzung scheint seit 900 Millionen Jahren stattgefunden zu haben. Nicht jede Fortpflanzung beinhaltet Sex. Bakterien können kein Geschlecht haben, obwohl genetisches Material durch verschiedene Prozesse zwischen Organismen ausgetauscht werden kann. Protisten, Pflanzen, Pilze und sogar Tiere können sich ohne Geschlecht fortpflanzen. Diese asexuelle Fortpflanzung beinhaltet einfach die Herstellung einer doppelten Zelle des bestehenden Organismus, die sich zu einem neuen Individuum entwickelt. Die asexuelle Fortpflanzung bei einzelligen Organismen beinhaltet einfach eine Zellteilung in zwei Hälften. Die sexuelle Fortpflanzung beinhaltet die Verschmelzung von 2 spezialisierten Zellen, die Gameten genannt werden (normalerweise von zwei separaten Individuen). Bei der sexuellen Fortpflanzung erfordert die Bildung von Gameten einen Prozess (Meiose), der Zellen mit nur der Hälfte der normalen Chromosomenzahl produziert. Diese Zellteilung unterscheidet sich von der Mitose, bei der sich eine Zelle einfach selbst kopiert.

Warum Sex? Die asexuelle Fortpflanzung hat viele Vorteile: Jedes Individuum kann sich fortpflanzen (die Bevölkerung wächst viel schneller als sexuelle Populationen), Einwanderer in ein neues Gebiet können es besiedeln, anstatt lebenslänglich zu leben, und Individuen können ihre guten Gene an ihre Nachkommen weitergeben, ohne die Möglichkeit, dass der Partner einen schrecklichen Satz von Genen bereitstellt. Der sexuellen Fortpflanzung fehlen nicht nur die oben genannten Aspekte, sie führt bei höheren Organismen auch zu enormen Energieausbeuten und sogar zu lebensbedrohlichen Opfern.

Der einzige Vorteil der sexuellen Fortpflanzung, der all diese Nachteile ausgleicht, besteht darin, dass sie Variabilität bei den Nachkommen erzeugt. Variable Nachkommen haben mit größerer Wahrscheinlichkeit zumindest einige Individuen, die gegen neue Parasiten oder Umweltveränderungen resistent sind. Nach dem Aufkommen der sexuellen Fortpflanzung und der Fähigkeit, solche Variablen zu produzieren

Eukaryotische Zellen hatten sich entwickelt und konnten sich sexuell vermehren. Der atmosphärische Sauerstoffgehalt stieg an, teilweise verursacht durch Veränderungen in der Verarbeitung mariner organischer Stoffe (Logan, 1995, Knoll, 1996). Schließlich stabilisierte sich das Klima.

Im späten Proterozoikum erlebte die Erde eine Reihe großer Veränderungen. Die Landmassen, die in einem Superkontinent namens Rodina vereint waren, begannen sich zu trennen. Obwohl es andere Hypothesen gibt (z. B. eine Änderung der Neigung der Erdbahn, so dass die heutigen äquatorialen Regionen polar und gefroren waren), sind schwere Eiszeiten die beste Erklärung für ungewöhnliche geologische Daten des späten Proterozoikums (Hoffman, 2002 .). ). Auf allen Kontinenten mit Ausnahme der Antarktis wurden präkambrische Gletscherablagerungen gefunden. Getrennte Vergletscherungen scheinen vor 850 Millionen Jahren (plus/minus 50 Millionen Jahren), vor 740 Millionen Jahren (plus/minus 20 Millionen Jahren) und vor 650 Millionen Jahren (20 Millionen Jahre) stattgefunden zu haben (Fedonkin, 1990 Kerr, 1998 Muller, 2001). In der kältesten Phase könnte die Temperatur der Erde auf 50 ° C gefallen sein. Solch kalte globale Temperaturen hätten alle Landmassen gefroren und die Ozeane könnten mit Eisschilden bedeckt gewesen sein. Das Leben könnte auf heiße Quellen und andere beschränkt gewesen sein Gebiete geothermischer Aktivität und zu Schmelzwasserpools auf der Eisoberfläche. Die Photosynthese ging der Entstehung der „Schneeballerde“ vor 2,3 Milliarden Jahren voraus. Die Freisetzung von Sauerstoff in die Atmosphäre könnte zur Umwandlung des starken Treibhausgases Methan in das schwächere Treibhausgas Kohlendioxid und damit eine Abkühlung des Planeten (Kopp, 2005).Kohlenstoffisotopendaten deuten darauf hin, dass die biologische Aktivität in den Ozeanen vor dieser Vereisung praktisch aufgehört hat d das Aussterben von mikroskopisch kleinen protistenähnlichen Organismen, die als Akritarchen bezeichnet werden (Chuanming, 2001). Angesichts einiger der einfachen prokaryotischen und akritarchischen Fossilien aus der Zeit der Vereisung könnte eine „Slushball-Erde“ mit zumindest saisonal verfügbarem offenem Ozean wahrscheinlicher sein als eine „Schneeball-Erde“. (Moczydłowska, 2008). Ohne die Verdunstung aus den Ozeanen und den daraus resultierenden Regen hätte sich Kohlendioxid aus vulkanischer Aktivität ungebremst angesammelt. Der Kohlendioxidgehalt würde schließlich die modernen Konzentrationen bei weitem überschreiten (vielleicht um das Tausendfache) und dies würde zur Erwärmung der Erde führen. Diese Erwärmung könnte ziemlich extrem gewesen sein, vielleicht auf 50 Grad Celsius (Hoffman, 1998 Minnerop, 2000 Knoll, 1986).

Am Ende des Präkambriums bildeten sich die pazifischen Ränder Nordamerikas, Südamerikas, Australiens und der Antarktis. Der westliche Teil Nordamerikas scheint damals mit der Antarktis verbunden gewesen zu sein (Dalziel, 1985). Späte Vergletscherungen des Proterozoikums und die nachfolgende Diversifizierung der Tiere können mit dem Aufbrechen des frühen Superkontinents Rodina (vermutlich vor etwa 750 Millionen Jahren) in Verbindung gebracht werden. Der südliche Superkontinent Gondwana begann sich vor etwa 500 Millionen Jahren zu bilden (McCall, 2006).

Am Ende des Proterozoikums hatte sich das Klima stabilisiert, Sauerstoff hatte sich in der Atmosphäre angesammelt und es gab eukaryotische Zellen, die ihre Variabilität durch sexuelle Fortpflanzung erhöhten. Was ist dabei herausgekommen? Die Tiere.


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AUGE AUF ETHIK: Vernachlässigte Parasiten

Die Centers for Disease Control and Prevention (CDC) sind dafür verantwortlich, die Prioritäten der öffentlichen Gesundheit in den Vereinigten Staaten zu ermitteln und Strategien zu entwickeln, um Problembereiche anzugehen. Als Teil dieses Mandats hat die CDC offiziell fünf parasitäre Krankheiten identifiziert, die sie für vernachlässigt (d. h. nicht ausreichend untersucht) hält. Zu diesen vernachlässigten parasitären Infektionen (NPIs) gehören Toxoplasmose , Chagas-Krankheit , Toxocariasis (eine Nematodeninfektion, die hauptsächlich von infizierten Hunden übertragen wird), Zystizerkose (eine Krankheit, die durch eine Gewebeinfektion des Bandwurms verursacht wird). Taenia solium ) und Trichomoniasis (eine sexuell übertragbare Krankheit, die durch Parabasaliden verursacht wird). Trichomonas vaginalis ).

Die Entscheidung, diese spezifischen Krankheiten als NPIs zu benennen, bedeutet, dass die CDC Ressourcen für die Verbesserung des Bewusstseins und die Entwicklung besserer diagnostischer Tests und Behandlungen durch Studien der verfügbaren Daten bereitstellen wird. Die CDC kann auch Ratschläge zur Behandlung dieser Krankheiten geben und bei der Verteilung von Medikamenten helfen, die sonst schwer zu bekommen wären. [3]

Natürlich verfügt die CDC nicht über unbegrenzte Ressourcen, so dass durch die Priorisierung dieser fünf Krankheiten andere effektiv abgewertet werden. Angesichts der Tatsache, dass viele Amerikaner noch nie von vielen dieser NPIs gehört haben, ist es berechtigt zu fragen, welche Kriterien die CDC bei der Priorisierung von Krankheiten verwendet hat. Berücksichtigt wurden laut CDC die Anzahl der Infizierten, die Schwere der Erkrankung und ob die Erkrankung behandelt oder verhindert werden kann. Obwohl einige dieser NPIs außerhalb der Vereinigten Staaten häufiger vorkommen mögen, argumentiert die CDC, dass viele Fälle in den Vereinigten Staaten wahrscheinlich nicht diagnostiziert und unbehandelt bleiben, da so wenig über diese Krankheiten bekannt ist. [4]

Welche Kriterien sind bei der Priorisierung von Krankheiten für Finanzierungs- oder Forschungszwecke zu beachten? Sind die von der CDC identifizierten vernünftig? Welche anderen Faktoren könnten in Betracht gezogen werden? Sollten Regierungsbehörden wie die CDC dieselben Kriterien haben wie private pharmazeutische Forschungslabore? Welche ethischen Implikationen hat es, andere potenziell vernachlässigte parasitäre Erkrankungen wie Leishmaniose zu depriorisieren?


7.1 Sexuelle Fortpflanzung

Die sexuelle Fortpflanzung war eine frühe evolutionäre Innovation nach dem Erscheinen eukaryotischer Zellen. Die Tatsache, dass sich die meisten Eukaryoten sexuell fortpflanzen, ist ein Beweis für ihren evolutionären Erfolg. Bei vielen Tieren ist es die einzige Art der Fortpflanzung. Dennoch erkennen Wissenschaftler einige echte Nachteile der sexuellen Fortpflanzung. Oberflächlich betrachtet scheinen Nachkommen, die mit den Eltern genetisch identisch sind, vorteilhafter zu sein. Wenn der Elternorganismus erfolgreich einen Lebensraum besetzt, wären Nachkommen mit den gleichen Merkmalen ähnlich erfolgreich. Es gibt auch den offensichtlichen Vorteil für einen Organismus, der durch asexuelle Knospung, Fragmentierung oder asexuelle Eier Nachkommen produzieren kann. Diese Fortpflanzungsmethoden erfordern keinen anderen Organismus des anderen Geschlechts. Es besteht keine Notwendigkeit, Energie aufzuwenden, um einen Partner zu finden oder anzuziehen. Diese Energie kann verwendet werden, um mehr Nachkommen zu produzieren. Tatsächlich haben sich einige Organismen, die einen einsamen Lebensstil führen, die Fähigkeit zur ungeschlechtlichen Fortpflanzung bewahrt. Darüber hinaus gibt es in asexuellen Populationen nur weibliche Individuen, sodass sich jedes Individuum fortpflanzen kann. Im Gegensatz dazu zeugen die Männchen in sexuellen Populationen (die Hälfte der Population) selbst keine Nachkommen. Aus diesem Grund kann eine asexuelle Population theoretisch doppelt so schnell wachsen wie eine sexuelle. Dies bedeutet, dass im Wettbewerb die asexuelle Bevölkerung im Vorteil wäre. All diese Vorteile der asexuellen Fortpflanzung, die auch Nachteile der sexuellen Fortpflanzung sind, sollten dazu führen, dass die Zahl der Arten mit asexueller Fortpflanzung häufiger wird.

Vielzellige Organismen, die ausschließlich auf asexuelle Fortpflanzung angewiesen sind, sind jedoch äußerst selten. Warum ist die sexuelle Fortpflanzung so verbreitet? Dies ist eine der wichtigen Fragen in der Biologie und stand von der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts bis heute im Mittelpunkt vieler Forschungen. Eine wahrscheinliche Erklärung ist, dass die Variation, die die sexuelle Fortpflanzung bei den Nachkommen hervorruft, für das Überleben und die Fortpflanzung dieser Nachkommen sehr wichtig ist. Die einzige Quelle der Variation bei asexuellen Organismen ist die Mutation. Dies ist die ultimative Quelle der Variation in sexuellen Organismen. In addition, those different mutations are continually reshuffled from one generation to the next when different parents combine their unique genomes, and the genes are mixed into different combinations by the process of meiosis . Meiosis is the division of the contents of the nucleus that divides the chromosomes among gametes. Variation is introduced during meiosis, as well as when the gametes combine in fertilization.

Evolution-Verbindung

The Red Queen Hypothesis

Es steht außer Frage, dass die sexuelle Fortpflanzung Organismen, die diesen Mechanismus nutzen, um Nachkommen zu produzieren, evolutionäre Vorteile bietet. The problematic question is why, even in the face of fairly stable conditions, sexual reproduction persists when it is more difficult and produces fewer offspring for individual organisms? Variation is the outcome of sexual reproduction, but why are ongoing variations necessary? Enter the Red Queen hypothesis, first proposed by Leigh Van Valen in 1973. 1 The concept was named in reference to the Red Queen's race in Lewis Carroll's book, Genauer betrachtet, in dem die Rote Königin sagt, dass man auf Hochtouren laufen muss, um zu bleiben, wo man ist.

Alle Arten koevolutionieren mit anderen Organismen. Zum Beispiel entwickeln sich Raubtiere mit ihrer Beute und Parasiten mit ihren Wirten. Ein bemerkenswertes Beispiel für die Koevolution zwischen Raubtieren und ihrer Beute ist die einzigartige Koadaptation von nachtfliegenden Fledermäusen und ihrer Mottenbeute. Fledermäuse finden ihre Beute durch hohe Klickgeräusche, aber Motten haben einfache Ohren entwickelt, um diese Klickgeräusche zu hören, damit sie den Fledermäusen ausweichen können. Die Motten haben auch angepasste Verhaltensweisen, wie zum Beispiel, dass sie von der Fledermaus wegfliegen, wenn sie sie zum ersten Mal hören, oder plötzlich zu Boden fallen, wenn die Fledermaus auf ihnen ist. Fledermäuse haben „leise“ Klicks entwickelt, um dem Gehör der Motte zu entgehen. Einige Motten haben die Fähigkeit entwickelt, auf die Klicks der Fledermäuse mit ihren eigenen Klicks zu reagieren, um die Echoortungsfähigkeiten der Fledermäuse zu verwirren.

Each tiny advantage gained by favorable variation gives a species an edge over close competitors, predators, parasites, or even prey. Die einzige Methode, die es einer koevolutionären Art ermöglicht, ihren eigenen Anteil an den Ressourcen zu behalten, besteht auch darin, ihre Überlebensfähigkeit und die Produktion von Nachkommen kontinuierlich zu verbessern. Wenn eine Art einen Vorteil erlangt, müssen auch andere Arten einen Vorteil entwickeln, sonst werden sie verdrängt. Keine einzelne Art schreitet zu weit voran, weil die genetische Variation unter den Nachkommen der sexuellen Fortpflanzung allen Arten einen Mechanismus bietet, um angepasste Individuen hervorzubringen. Arten, deren Individuen nicht mithalten können, sterben aus. The Red Queen’s catchphrase was, “It takes all the running you can do to stay in the same place.” Dies ist eine treffende Beschreibung der Koevolution zwischen konkurrierenden Arten.

Life Cycles of Sexually Reproducing Organisms

Fertilization and meiosis alternate in sexual life cycles . What happens between these two events depends on the organism. The process of meiosis reduces the resulting gamete’s chromosome number by half. Fertilization, the joining of two haploid gametes, restores the diploid condition. There are three main categories of life cycles in multicellular organisms: diploid-dominant , in which the multicellular diploid stage is the most obvious life stage (and there is no multicellular haploid stage), as with most animals including humans haploid-dominant , in which the multicellular haploid stage is the most obvious life stage (and there is no multicellular diploid stage), as with all fungi and some algae and alternation of generations , in which the two stages, haploid and diploid, are apparent to one degree or another depending on the group, as with plants and some algae.

Nearly all animals employ a diploid-dominant life-cycle strategy in which the only haploid cells produced by the organism are the gametes. The gametes are produced from diploid germ cells , a special cell line that only produces gametes. Once the haploid gametes are formed, they lose the ability to divide again. There is no multicellular haploid life stage. Fertilization occurs with the fusion of two gametes, usually from different individuals, restoring the diploid state (Figure 7.2ein).

Visuelle Verbindung

If a mutation occurs so that a fungus is no longer able to produce a minus mating type, will it still be able to reproduce?

Most fungi and algae employ a life-cycle strategy in which the multicellular “body” of the organism is haploid. During sexual reproduction, specialized haploid cells from two individuals join to form a diploid zygote. The zygote immediately undergoes meiosis to form four haploid cells called spores (Figure 7.2B).

The third life-cycle type, employed by some algae and all plants, is called alternation of generations. These species have both haploid and diploid multicellular organisms as part of their life cycle. The haploid multicellular plants are called gametophytes because they produce gametes. Meiosis is not involved in the production of gametes in this case, as the organism that produces gametes is already haploid. Fertilization between the gametes forms a diploid zygote. The zygote will undergo many rounds of mitosis and give rise to a diploid multicellular plant called a sporophyte . Specialized cells of the sporophyte will undergo meiosis and produce haploid spores. The spores will develop into the gametophytes (Figure 7.2C).


Reproduktion

Reproduction in the Protozoa may be asexual, as in the amebas and flagellates that infect humans, or both asexual and sexual, as in the Apicomplexa of medical importance. The most common type of asexual multiplication is binary fission, in which the organelles are duplicated and the protozoan then divides into two complete organisms. Division is longitudinal in the flagellates and transverse in the ciliates amebas have no apparent anterior-posterior axis. Endodyogeny is a form of asexual division seen in Toxoplasma and some related organisms. Two daughter cells form within the parent cell, which then ruptures, releasing the smaller progeny which grow to full size before repeating the process. In schizogony, a common form of asexual division in the Apicomplexa, the nucleus divides a number of times, and then the cytoplasm divides into smaller uninucleate merozoites. In Plasmodium, Toxoplasma, and other apicomplexans, the sexual cycle involves the production of gametes (gamogony), fertilization to form the zygote, encystation of the zygote to form an oocyst, and the formation of infective sporozoites (sporogony) within the oocyst.

Some protozoa have complex life cycles requiring two different host species others require only a single host to complete the life cycle. A single infective protozoan entering a susceptible host has the potential to produce an immense population. However, reproduction is limited by events such as death of the host or by the host's defense mechanisms, which may either eliminate the parasite or balance parasite reproduction to yield a chronic infection. For example, malaria can result when only a few sporozoites of Plasmodium falciparum—perhaps ten or fewer in rare instances𠅊re introduced by a feeding Anopheles mosquito into a person with no immunity. Repeated cycles of schizogony in the bloodstream can result in the infection of 10 percent or more of the erythrocytes�out 400 million parasites per milliliter of blood.


Kingdoms Under Domain Eukarya

1. Fungi

The Kingdom Fungi consists of heterotroph organisms or organisms that cannot make their food. Instead, they acquire all the essential nutrients by absorption.

  • Die Zellenwand of the members of the kingdom is made of Chitin, a type of Kohlenhydrat. In contrast, their carbohydrates (energy) is stored in the form of Glykogen.
  • The Kingdom fungi consist of organisms such as Hefe, mushroom, and mold.
  • Fungi break down the organic materials of dead organisms, and as a result, they help continue nutrient cycling in ecosystems.

2. Animalia

Coming from the Latin word “animalis“, meaning “have breath“, the Kingdom Animalia is comprised of heterotroph Organismen. As alluded to earlier, these organisms obtain their nutrient requirements by ingesting Organismen.

  • A distinguishing characteristic of this kingdom includes multi-cellularity and the lack of cell walls.
  • Most members of this kingdom are capable of movement (locomotion) und Reproduktion.
  • Members of this kingdom consist of almost all animals known (e.g., fishes, amphibians, reptiles, Vögel, Säugetiere, und Insekten).

3. Plantae

Also called the Kingdom Metaphyta, the Kingdom Plantae consists of all multicellular, eukaryotic, und photosynthetic organisms on the planet.

  • Being photosynthetic, these organisms are autotrophs and can make their food using the energy from the sun.
  • However, some members can be both producers and consumers as they can synthesize food and metabolize it from other sources. Sehen Fleischfressende Pflanzen Hier.
  • Members of this kingdom have made possible the perpetuation of a large number of organisms. Basically, without them, heterotrophic organisms would have never survived.

4. Chromoalveolata

Formerly called Kingdom Chromista, this kingdom is one of the “newly-considered” kingdoms in the biological world (as proposed by Thomas Cavalier in 1981).

  • This kingdom is consist of dinoflagellates, Kieselalgen, und ciliates.
  • It is believed that the members of this kingdom originated from a bikont (a cell with two flagella) und ein red alga that became the ancestor of all organisms with plastids having Chlorophyll C.
  • However, at present, it is still being debated as some evidence shows that this kingdom is not monophyletic (coming from a common ancestor) as it was initially observed.

5. Rhizaria

The domain Rhizaria is widely composed of einzellig eukaryotes. Also proposed by Thomas Cavalier-Smith (2002), the members of this kingdom differ in form. Still, most of them are amoeboids mit pseudopods (false feet).

  • This kingdom is composed of the foraminiferans und radiolarians.
  • Together with chromalveolates and excavates, the rhizarians were previously under the Kingdom Protista.
  • However, unlike the Kingdom Chromoalveolata, there are pieces of evidence showing that rhizarians are a monophyletisch Gruppe.

6. Excavata

Last, but not the least, Excavata kingdom consists of a wide variety of organisms (photosynthetic, heterotrophic, and parasitic).