Эукариоты: строение и классификация¶

Эукариоты (от греч. εὖ — «хороший, настоящий» и κάρυον — «ядро») — домен живых организмов, клетки которых содержат оформленное ядро, ограниченное двойной мембраной, а также ряд других мембранных органелл. Противопоставляются прокариотам — бактериям и археям, у которых генетический материал не отделён от цитоплазмы ядерной оболочкой. К эукариотам относятся животные, растения, грибы и разнообразные одноклеточные формы — простейшие и водоросли.

¶Общая характеристика

Ключевой признак эукариотической клетки — наличие настоящего ядра, в котором хранится основная часть наследственной информации, организованной в хромосомы. Кроме ядра, для эукариот характерны мембранные органеллы: митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, а у растений и водорослей — пластиды. Размеры эукариотических клеток обычно на порядок больше прокариотических — от 10 до 100 мкм и более.

Генетический материал эукариот представлен линейными хромосомами, связанными с белками-гистонами. ДНК сосредоточена в ядре, а также в митохондриях и пластидах, имеющих собственные геномы. Деление клеток происходит путём митоза, а половое размножение сопровождается мейозом.

¶История изучения

Термин «эукариоты» предложил в 1925 году французский биолог Эдуар Шаттон, противопоставив организмы с настоящим ядром бактериям. Широкое распространение понятие получило после работ Роберта Уиттекера и последующих классификаций. В 1960–1970-х годах с развитием электронной микроскопии и молекулярной биологии было установлено фундаментальное различие между прокариотической и эукариотической организацией клетки.

Особое значение имела эндосимбиотическая теория, развитая в 1960–1970-е годы Линн Маргулис. Согласно ей, митохондрии и пластиды произошли от симбиотических прокариот, вошедших в состав клетки-хозяина.

¶Происхождение

Согласно современным представлениям, эукариоты возникли от древних архей, вступивших в симбиоз с бактериями. Этот процесс, по разным оценкам, происходил 1,6–2,1 млрд лет назад. Наиболее близкими к эукариотам прокариотами считаются археи группы Asgard, обнаруженные в морских донных отложениях.

Эндосимбиотическая теория объясняет происхождение митохондрий (от альфа-протеобактерий) и пластид (от цианобактерий). Появление эукариотической клетки стало одним из крупнейших ароморфозов в истории жизни и открыло путь к возникновению многоклеточности.

¶Классификация

Традиционно эукариоты делили на царства: животные, растения, грибы и протисты. Современная систематика, основанная на молекулярных данных, выделяет несколько крупных групп.

Эта классификация продолжает уточняться по мере накопления генетических данных.

¶Строение клетки

Эукариотическая клетка включает несколько обязательных компонентов. Плазматическая мембрана отделяет клетку от внешней среды и регулирует обмен веществ. Цитоплазма содержит органеллы и цитоскелет, обеспечивающий форму и движение. Ядро хранит ДНК и управляет синтезом белков. Митохондрии отвечают за клеточное дыхание и синтез АТФ. Эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи участвуют в синтезе и транспорте веществ. Лизосомы и вакуоли выполняют функции переработки и запасания.

У растительных клеток имеются пластиды (хлоропласты), целлюлозная клеточная стенка и крупные вакуоли. Клетки грибов покрыты хитиновой стенкой, животные клетки стенки не имеют.

¶Размножение и жизненные циклы

Для эукариот характерны сложные жизненные циклы, включающие бесполое и половое размножение. Бесполое размножение происходит путём митоза, почкования или деления. Половое размножение связано с мейозом и слиянием гамет, что обеспечивает генетическое разнообразие. У многих одноклеточных эукариот чередуются гаплоидная и диплоидная фазы.

¶Экологическая роль

Эукариоты занимают центральное место в биосфере. Растения и водоросли осуществляют фотосинтез, производя кислород и органические вещества. Грибы и бактерии-редуценты разлагают органику. Животные участвуют в круговороте веществ как потребители. Одноклеточные эукариоты служат основой планктона и играют ключевую роль в пищевых цепях водоёмов.

¶Значение для человека

Эукариоты имеют огромное практическое значение. К ним относятся все культурные растения и сельскохозяйственные животные, используемые в пищу. Грибы и микроскопические эукариоты применяются в пищевой промышленности и биотехнологии. Многие простейшие и грибы являются возбудителями заболеваний человека, животных и растений — малярии, лейшманиоза, микозов. Изучение эукариотической клетки лежит в основе медицины, генетики и селекции.

¶Интересные факты

• Самая крупная эукариотическая клетка — яйцеклетка страуса, достигающая нескольких сантиметров.
• Некоторые одноклеточные эукариоты, например инфузории, обладают сложным поведением и примитивной «памятью».
• Митохондриальная ДНК человека наследуется только по материнской линии и используется в популяционной генетике.
• Число генов у эукариот варьируется от нескольких тысяч у простейших до десятков тысяч у млекопитающих.

Источники: учебники по общей биологии и цитологии, работы Л. Маргулис по эндосимбиотической теории, материалы по систематике эукариот, научные публикации по молекулярной филогенетике.