Szkielety wspierające i ochronne

560 milionów lat
lub 137 metrów przed dniem dzisiejszym

Epoka: neopro­ter­o­zoik / ediakar

Z tego okresu poch­odzą pierwsze skami­e­niałości skupisk połąc­z­onych komó­rek. Dzięki łącze­niu się tworzą podstawę do podziału pracy między komór­kami i rozwoju bard­ziej złoż­onych żywych istot.
Białka struk­tu­ralne zapew­niają szybko rozwi­ja­ją­cym się isto­tom żywym formę i wspar­cie. Wbudo­wa­nie wapna w szkie­lety tworzy solidną zbroję, która nie tylko wspiera orga­nizmy, ale także zapew­nia ochronę przed urazami. Dzięki temu mogą powsta­wać większe formy życia. Powstaje wiele podsta­wo­wych planów żywych istot, które dziś nadal istnieją.

Na pierws­zym planie ilus­tracji widać trylo­bita Seleno­pel­tis buchii.

Prze­mies­zc­za­nie się mas lądo­wych w pobliżu bieguna prze­rywa cykl prze­mi­en­n­ego oblodze­nia i prze­grza­nia ziemi. Zawar­tość CO2 w atmos­ferze stabi­li­zuje się, a wraz z nią temperatura.

Tę infor­mację w pros­tym języku znajdzi­esz na stro­nie evokids.de.


Obec­nie szkie­lety wspier­ające i ochronne obej­mują egzoszkie­let, endoszkie­let i hydroszkielet.

Najstarszym skami­e­niałym zwier­zęciem z podtrzymy­wanym szkie­le­tem jest Namapoi­kia reito­gen­sis. Nie wiadomo, czy był to kora­lo­wiec, czy gąbka, jego wiek szacuje się na około 550 milionów lat.
Kiedy pierwsze większe orga­nizmy wielo­komór­kowe poja­wiły się około 560 milionów lat temu, mogło to nastą­pić tylko jedno­c­ześ­nie z rozwo­jem i powsta­wa­niem szkie­le­tów wspier­ają­cych i ochron­nych, co miało miejsce zarówno w królestwie zwier­ząt, jak i roślin. Podczas gdy lignina rozwinęła się jako najważ­nie­jsza cząs­teczka podtrzy­mu­jąca w rośli­nach i została wbudo­wana obok złogów mine­ral­nych między włók­nami celu­lo­zowymi ścian zewnę­trz­nych, u wielu zwier­ząt chityna rozwinęła się w celu zewnę­trz­nej stabi­li­za­cji orga­nizmu. Podob­nie jak celu­loza, chityna jest poli­sacha­ry­dem, ale składa się z mono­me­rów N‑acetyloglukozaminy, która składa się również z glukozy, ale nadal zawi­era resztę acetylo­wa­nej aminy.

Chityna praw­do­pod­ob­nie poch­odzi z bakte­rii, w których jest głównym skład­ni­kiem ściany komórkowej.

Dlac­zego komórki rosną (kiedy mogą)?

Komórki stają się większe, ponie­waż jest to w wielu przy­pad­kach korzystne termo­dy­na­micz­nie, tj. fizy­cz­nie i ener­ge­ty­cz­nie. Stosunek obję­tości do powier­z­chni komórki stanowi jedną trze­cią promie­nia kuli:

Oznacza to, że im większa staje się kula, tym bard­ziej rośnie jej zawar­tość w porówna­niu z jej powier­z­ch­nią. Oznacza to, że wymiana wody, mate­rii i ciepła z otocze­niem może być lepiej kontro­lo­wana. To zjawisko wzrostu wiel­kości można zaob­ser­wo­wać u wielu orga­niz­mów jedno­komór­ko­wych, które żyją przy ogra­nic­zo­nej podaży skład­ników odżyw­c­zych. Jednak zwiększe­nie obję­tości ma również wady, np. siły, które wystę­pują przy różni­cach ciśnień osmo­ty­cz­nych między wnętrzem i zewnę­trzem komórki są znacz­nie większe. W tym przy­padku może pomóc ochrona mecha­niczna. Komórki bez takiej ochrony mogą istnieć tylko w równo­wadze osmo­ty­cz­nej z otocze­niem i są również wraż­liwe na mecha­niczne siły ścinające.

Już jedno­komór­kowce, zarówno proka­rio­ty­cz­ne­jak i euka­rio­ty­czne, rozwinęły ścianę komór­kową zbudo­waną z białek pomoc­nic­zych i poli­sacha­ry­dów, tak zwanych pepty­do­gli­kanów, które zapew­niają ich komór­kom mecha­niczną ochronę na wczes­nym etapie ewolucji. Stało się to co najm­niej 3,5 mili­arda lat temu, jak poka­zują znale­ziska skami­e­niałości prekur­sorów cyja­no­ficea. Jedy­nymi wyjąt­kami są bakte­rie pasożyt­nicze, takie jak myko­plazmy i tym podobne.

Jednak taka ściana komór­kowa nie jest już wyst­ar­c­za­jąca dla więks­zych grup komó­rek i orga­niz­mów wielo­komór­ko­wych. Dopiero utwor­ze­nie dals­zych struk­tur stabi­li­zu­ją­cych rozwią­zało ten problem.

Egzoszkie­let (szkie­let zewnętrzny)

Najw­c­ześ­nie­jszą z tych struk­tur była celu­loza, która składa się z długich łańcuchów czystych cząs­tec­zek glukozy (cukru grono­wego) połąc­z­onych spec­ja­l­nym wiąza­niem chemicz­nym. Celu­loza ta powstaje w błonie komór­kowej komó­rek, osadza się na zewną­trz i jej cząs­teczki natychmi­ast łączą sie. Z jednym wyjąt­kiem, tuni­cata, tylko komórki roślinne są zdolne do syntezy i wydzie­la­nia (wyda­la­nia) celu­lozy. Dzięki swojej struk­turze włókno celu­lo­zowe może wytrzy­mać duże obciąże­nia rozcią­ga­jące, ale nie wytrzy­muje prawie żadnego nacisku (rośliny osią­g­nęły stabil­ność ścis­ka­nie tylko dzięki maga­zynowa­niu lign­iny między włók­nami celulozowymi).

W świe­cie zwier­ząt, z wyjąt­kiem wspom­nianych wyjąt­ków, egzoszkie­let powsta­wał zwłaszcza u stawo­no­gów jako zewnę­trzne złogi naskórka. Nazywa się naskó­rek i jako istotny element struk­tu­ralny składa się z bezbarwnych, elas­ty­cz­nych włókien chitynowych. Skład­nik biał­kowy, brązowawa sklero­tyna, otacza te fibryle i określa wytrzy­małość kompleksu. Mine­r­ały, takie jak kalcyt lub apatyt, mogą być również maga­zynowane jako dodat­kowe wzmoc­nienie, ale także mogą to być związki cynku lub magnezu. Mięś­nie przy­c­ze­piają się od wewną­trz do poszc­ze­gól­nych elemen­tów egzoszkie­letu, umoż­li­wia­jąc ruch elemen­tów wzglę­dem siebie.

Ponie­waż egzoszkie­lety są nier­ozbier­alne i nie rosną razem z nimi, stawo­nogi są zmus­zone opuścić tę skorupę w fazie wzrostu i ufor­mo­wać nowy, większy egzoszkie­let. Ten proces nazywa się „linien­iem”. Ponie­waż pancerz chitynowy nie chroni przed utratą wody, u wielu stawo­no­gów na naskórku odkłada się wosko­wata warstwa ochronna zwana Epicuticula.

Hydr­o­szkie­let (szkie­let hydrostatyczny)

Hydr­o­szkie­let jest filo­ge­ne­ty­cz­nie starszy niż egzoszkie­let, tj. powstał przed nim w dzie­jach ewolucji. Mówi się o hydr­o­szkiel­ecie, gdy część mięśni działa na doszc­zęt­nie wypeł­ni­oną poduszkę z płynem, dzięki czemu siły mecha­niczne mogą być przyj­mo­wane i skutecz­nie dalej prze­ka­zy­wane, podob­nie jak w tech­nicz­nym układ­zie hydrau­li­cz­nym. Ten system praw­do­pod­ob­nie wywodzi się z nici­eni i pierście­nic i istnieje do dziś.
Owady również wykor­zys­tują ten hydr­o­szkie­let, pomimo swojego uksz­ta­to­wa­n­ego egzoszkie­letu, np. do porus­za­nia nóg do skaka­nia lub do chodze­nia, a także do pozby­cia się ich egzoszkie­letu podczas procesów lini­enia. Funk­c­jo­nal­nie hydr­o­szkie­le­towi odpowiada tzw. turgor komór­kowy roślin, w którym ciśnienie osmo­ty­czne wnętrza komórki, zwięks­zone w porówna­niu z ośrod­kiem zewnę­trz­nym, prowadzi do hydro­sta­ty­cz­nej różnicy ciśnień, która musi zostać prze­jęta przez ściankę komórkową.

Endoszkie­let (szkie­let wewnętrzny)

Endoszkie­let czyli szkie­let wewnę­trzny jest najbard­ziej zauważalną wspólną cechą kręgow­ców. Jest to mecha­niczna konstruk­cja nośna (szkie­let), która nie jest częścią zewnę­trz­nej powłoki orga­nizmu. Jego poszc­ze­gólne elementy nazy­wane są kośćmi. Podczas gdy u stawo­no­gów mięś­nie przy­c­ze­pione są do wnętrza egzoszkie­letu, u kręgow­ców przy­c­ze­piają się do kości wewną­trz ciała i porus­zają poszc­ze­gólne części ciała wzglę­dem siebie. Z wyjąt­kiem ryb chrzęst­nych, których szkie­let wewnę­trzny składa się z chrząstki z włąc­z­onym węgla­nem wapnia, szkie­let wewnę­trzny więks­zości kręgow­ców składa się z fosfo­ranu wapnia i kola­genu. Kole­jnym skład­ni­kiem wewnę­trz­nego szkie­letu jest chrząstka. W prze­ci­wieńst­wie do egzoszkie­letu zbudo­wa­n­ego z chityny, taki kościsty szkie­let wewnę­trzny rośnie wraz z orga­niz­mem: każda chrząstka i każda kość podlega ciągłemu rozpa­dowi i odbu­do­wie. [KHB]

Komentowanie jest wyłączone.