Клетка является самым маленьким живым организмом, который содержит все особенности жизни, и почти вся жизнь на планете начинается как одноклеточный организм. В настоящее время существуют два типа одноклеточных организмов: прокариоты и эукариоты: те, у которых нет отдельного ядра, и те, у которых ядро защищено клеточной мембраной. Ученые утверждают, что прокариоты - самая древняя форма жизни, впервые появившаяся около 3,8 миллионов лет, тогда как эукариоты появились около 2,7 миллиардов лет назад. Таксономия одноклеточных организмов относится к одной из трех основных областей жизни: эукариотам, бактериям и археям.

Общие характеристики всех клеток

Все одноклеточные и многоклеточные организмы разделяют эти основы:

Плазматическая мембрана, которая защищает и отделяет живую клетку от внешней среды, в то же время позволяя потоку молекул через ее поверхность, в дополнение к специфическим рецепторам внутри клетки, которые могут влиять на клеточные события.

Внутренняя область, в которой находится ДНК.

За исключением бактерий, все живые клетки содержат отделенные мембраной отсеки, частицы и нити, омываемые почти жидким веществом.

Первая классификация: три сферы жизни

До 1969 года биологи разделяли клеточную жизнь на два царства: растения и животных. После 1969–1990 годов ученые согласовали систему классификации пяти царств, в которую входили монера (бактерии), простейшие, растения, грибы и животные. Но доктор Карл Воз (1928-2012), бывший профессор кафедры микробиологии в Университете Иллинойса, в 1990 году предложил новую структуру классификации одноклеточных организмов и многоклеточных организмов, состоящую из трех доменов: архей, бактерий и эукариоты, подразделяются на шесть царств. Большинство ученых сейчас используют эту таксономию или систему классификации.
Археи: одноклеточные организмы, которые процветают в экстремальных условиях

Археи процветают в экстремальных условиях, ранее считавшихся непригодными для жизни: глубоководные гидротермальные жерла, горячие источники, Мертвое море, пруды для испарения соли и кислотные озера. До предложения доктора Вуза ученые сначала определили архей как архебактерий - древних одноклеточных бактерий - потому что они выглядели как прокариотические бактерии, одноклеточные организмы, у которых нет отдельного мембраносвязанного ядра или органелл. Дальнейшие исследования доктора Вёза, его коллег и других ученых позволили им понять, что эти древние бактерии были более тесно связаны с эукариотами из-за биохимических свойств, которые они демонстрируют. Ученые и исследователи также обнаружили архей, живущих в пищеварительном тракте и коже человека.

Домен и Королевство Архей

Археи имеют общие характеристики как прокариот, так и эукариот, поэтому они существуют на отдельной ветви между бактериями и эукариотами в филогенетическом древе жизни. Когда ученые обнаружили, что архебактерии на самом деле не были древними бактериями, они переименовали их в архей. Следующие признаки определяют археи одноклеточных организмов:

    Это прокариотические клетки, но генетически они больше похожи на эукариот.
    Клеточные мембраны состоят из разветвленных углеводородных цепей, в отличие от бактерий и эукариев, связанных с глицерином эфирными связями.
    В клеточных стенках архей нет пептидогликанов, полимеров, состоящих из сахаров и аминокислот, которые образуют перепончатый слой за пределами клеточных стенок большинства бактерий.
    В то время как археи не реагируют на некоторые антибиотики, на которые реагируют бактерии, они реагируют на некоторые антибиотики, которые подавляют эукариот.
    Археи содержат рибосомальную рибонуклеиновую кислоту (рРНК), специфичную для архей, которая необходима для синтеза белка, идентифицируемого по молекулярным областям, заметно отличающимся от такового у рРНК, обнаруженной у бактерий и эукарья.

Основные классификации архей включают crenarchaeota, euryarchaeota и korarchaeota, а также предлагаемые подразделения nanoarchaeota и предлагаемые thaumarchaeota. Индивидуальные классификации указывают типы среды, в которой исследователи и ученые находят эти одноклеточные организмы. Crenarchaeota живут в условиях повышенной кислотности и температуры и окисляют аммиак; euryarchaeota включает организмы, которые окисляют метан и любят соль в глубоководных средах, другие euryarchaeota, которые производят метан в качестве отходов, и korarchaeota, категория архей, которые также живут в высокотемпературных средах.

Наноархеоты отличаются от других архей тем, что они живут поверх другого архейского организма, называемого Ignicoccus. Подтипы korarchaeota и nanoarchaeota включают метаногены, организмы, которые производят газообразный метан как побочный продукт процессов пищеварения или выработки энергии; галофилы или солеющие археи; термофилы, организмы, которые процветают при чрезвычайно высоких температурах; и психрофилы, организмы архей, которые живут в очень холодных временах.

Бактерии: одноклеточные организмы, которые процветают в разных средах

Бактерии живут и процветают повсюду на планете: на вершине гор, на дне самых глубоких океанов мира, в пищеварительных трактах людей и животных, и даже в замерзших скалах и льдах Северного и Южного полюсов. Бактерии могут распространяться повсюду в течение многих лет, потому что они могут бездействовать в течение длительных периодов.
Бактерии не содержат отдельного ядра

Бактерии существуют как ведущие живые существа на планете, находясь здесь по меньшей мере три четверти развивающейся истории планеты. Они известны своей способностью адаптироваться к большинству мест обитания на планете. В то время как некоторые бактерии вызывают вирулентные заболевания у животных, растений и людей, большинство бактерий действуют как «полезные» агенты окружающей среды с метаболическими процессами, которые поддерживают высшие формы жизни.

Другие формы бактерий работают вместе с растениями и беспозвоночными (существами без позвоночника) в симбиотических отношениях, выполняя важные функции. Без этих одноклеточных организмов мертвым растениям и животным потребовалось бы больше времени для разложения, и почва перестала бы быть плодородной. Исследователи и ученые используют некоторые бактерии в химических веществах, лекарствах, антибиотиках и даже в приготовлении таких продуктов, как квашеная капуста, йогурт и кефир, а также соленые огурцы. Как простые одноклеточные организмы, клетки бактерий имеют отличительные характеристики:

    Как археи, ученые определяют бактерии как прокариотические клетки, без определенного или отдельного ядра.
    Мембраны состоят из неразветвленных цепей жирных кислот, связанных с глицерином сложноэфирными связями, такими как эукарья.
    Клеточные стенки бактерий содержат пептидогликан.
    Традиционные антибактериальные антибиотики воздействуют на бактерии, но они противостоят антибиотикам, которые влияют на эукарию.
    Имеют рРНК, специфичную для бактерий, из-за наличия молекулярных областей, отличных от рРНК, обнаруженной у архей и эукарья.

Домен и Королевство Бактерий

Ученые классифицируют большинство бактерий на три группы, основываясь на том, как они реагируют на кислород в газообразной форме. Аэробные бактерии процветают в кислородной среде и требуют кислорода для жизни. Анаэробные бактерии не любят газообразный кислород; примером этих бактерий могут быть бактерии, живущие в глубоких отложениях под водой или вызывающие пищевое отравление на бактериальной основе. Наконец, факультативные анаэробы - это бактерии, которые предпочитают присутствие кислорода в растущей среде, но могут жить без него.

Но исследователи также классифицируют бактерии по способу получения энергии: как гетеротрофы и автотрофы. Автотрофы, подобно растениям, работающим на световой энергии (называемой фотоавтотрофом), делают свой собственный источник пищи, фиксируя диоксид углерода, или хемоавтотрофами, используя процессы окисления азота, серы или других элементов. Гетеротрофы берут свою энергию из окружающей среды, разрушая органические соединения, такие как сапробные бактерии, живущие в разлагающемся веществе, а также бактерии, которые зависят от брожения или дыхания для получения энергии.

Еще один способ, которым ученые группируют бактерии, - это их форма: сферическая, палочковидная и спиральная. Другие формы бактерий включают в себя нитевидные, оболочечные, квадратные, стебельные, звездообразные, веретенообразные, лопастные, трихомообразующие (волосообразующие) и плеоморфные бактерии со способностью изменять свою форму или размер в зависимости от окружающей среды.

Дальнейшие классификации включают микоплазмы, болезнетворные бактерии, пораженные антибиотиками из-за отсутствия клеточной стенки; цианобактерии, фотоавтотрофные бактерии, такие как сине-зеленые водоросли; грамположительные бактерии, которые испускают пурпурный в тесте грамм-пятно, потому что тест окрашивает их толстые клеточные стенки; и грамотрицательные бактерии, которые становятся розовыми в тесте на окраску по Граму из-за их тонких, но прочных наружных стенок. Грамположительные бактерии лучше реагируют на антибиотики, чем грамотрицательные бактерии, потому что, хотя стенка первого толстая, она проницаема, тогда как у грамотрицательных бактерий ее клеточные стенки тонкие, но действуют больше как бронежилет.

Эукариоты процветают везде

В то время как эукариоты включают много многоклеточных организмов в царствах грибов, растений и животных, эта основная область жизни также включает одноклеточные организмы. Одноклеточные эукариоты имеют клеточные стенки, которые могут изменять свою форму по сравнению с прокариотами, которые имеют жесткие клеточные стенки. Большинство ученых утверждают, что эукариоты развились из прокариот, потому что оба используют РНК и ДНК в качестве генетического материала; оба они используют 20 аминокислот; и оба имеют липидную (растворимую в органических растворителях) двухслойную клеточную мембрану и используют D-сахара и L-аминокислоты. Специфические характеристики эукариот включают в себя:

    Эукариоты имеют своеобразное отдельное ядро, защищенное мембраной.
    Мембраны, как и бактерии, состоят из цепей неразветвленных жирных кислот, связанных с глицерином эфирными связями (что делает клеточные стенки более чувствительными к внешней среде по сравнению с археями).
    Клеточные стенки - у эукариот, которые их имеют - не содержат пептидогликана.
    Антибактериальные антибиотики обычно не влияют на эукариотические клетки, но они реагируют или реагируют на антибиотики, которые обычно влияют на эукариотические клетки.
    Эукариотические клетки имеют молекулярную область с рРНК, отличной от рРНК, которая существует у архей и бактерий.

Царства под эукариотами

Эукариотический домен содержит четыре царства или подкатегории: протисты, грибы, растения и животные. Из них протисты содержат только одноклеточные организмы, в то время как царство грибов содержит и то, и другое. Королевство Протиста включает в себя живые организмы, такие как водоросли, эвгленоиды, простейшие и плесневые слизи. В царство грибов входят как одноклеточные, так и многоклеточные организмы. К одноклеточным организмам в царстве грибов относятся дрожжи и хитриды или окаменелые грибы. Большинство организмов в растительном и животном царствах многоклеточные.
Крупнейший одноклеточный организм

Хотя большинству одноклеточных существ на планете обычно требуется микроскоп, вы можете наблюдать водную водоросль Caulerpa taxifolia невооруженным глазом. Определенные как тип морских водорослей, обитающих в Индийском океане и на Гавайях, эти водоросли-убийцы являются инвазивными видами в других местах. Этот живой организм в растительном царстве может расти от 6 до 12 дюймов в длину и имеет похожие на перья плоские ветви, которые возникают у бегуна, от темных до светло-зеленых оттенков.

Самый маленький одноклеточный организм

Расположенный на холмах над университетским городком Калифорнийского университета в Беркли находится Национальная лаборатория им. Лоуренса Беркли, совместно управляемая Министерством энергетики США и системой Калифорнийского университета. Международная группа ученых во главе с исследователями из лаборатории Беркли в 2015 году обнаружила, что может быть самым маленьким одноклеточным организмом, полученным на снимке, полученном с мощного микроскопа.

Этот одноклеточный организм, прокариотическая бактерия, настолько мал, что 150 000 из этих выделенных одноклеточных бактерий могут сидеть на кончике волоса вашей головы. Исследователи продолжают изучать эти распространенные организмы, так как им не хватает многих функций, необходимых для функционирования с другими организмами. Клетки, по-видимому, имеют ДНК, небольшое количество рибосом и нитевидных придатков, но, скорее всего, зависят от жизни других бактерий.
Одноклеточный эукариот, нарушающий правила

Ученые из Карлова университета в Праге обнаружили единственный известный эукариотический организм, который не содержит особого вида митохондрий, и обнаружили его в кишечнике домашней шиншиллы. Как электростанция клетки, митохондрии делают несколько вещей. В присутствии кислорода митохондрии могут заряжать молекулы и вырабатывать критические белки. Но этот организм, родственник бактерий лямблий, использует систему, подобную тем, которые обычно встречаются в бактериях - латеральный перенос генов - для синтеза белков. Поскольку бактерии существуют в основном как прокариотические клетки, обнаружение связанных с бактериями эукариотических клеток является исключением из этого правила.