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单细胞动物运动力与筋腱起源

筋腱发育发生论:单细胞动物细胞器与筋腱原基(原创李茂春)

第一章 单细胞动物细胞器与筋腱原基

第一节 伸缩泡-收集管结构与筋腱原基

原生动物是一类缺少真正细胞壁,细胞通常无色,具有运动能力,并进行吞噬营养的单细胞真核生物。

构成原生动物体的单个细胞,既具有一般细胞的基本结构:细胞质、细胞核、细胞膜,又具有一般动物所表现的各种生活机能,如运动、消化、呼吸、排泄、感应、生殖等。因此它和高等动物体内细胞不同,相当是一个能独立生活的有机体。

它没有像高等动物那样的器官、系统,而是由细胞分化出不同的细胞器来完成各种生理机能。如有些种类分化出鞭毛或纤毛完成运动的机能,有些种类分化出胞口、胞咽,摄取食物后,在体内形成食物泡进行消化,完成营养的机能等。

原生动物除单细胞的个体外,也有由几个以上的个体聚合形成的群体,很像多细胞动物,但是它又不同于多细胞动物,这主要在于细胞分化程度不同。多细胞动物体内的细胞一般分化成为组织或再进一步形成器官、系统,协调活动成为统一的整体,组成群体的各个个体,细胞一般没有分化,最多只有体细胞与生殖细胞的分化。体细胞没有什么分化,而且群体内的各个个体各自具有相对的独立性。

原生动物虽然是最原始的动物,但是其结构已经具备组成系统的基本要素,当这些要素组成系统后,为了从外界获得负熵抵消系统内正熵值,防止系统热寂而崩溃,这一系统就会不断调整系统要素组合,向更为复杂的系统形态演化,这一过程就成为动物演化,这就是我们看到的动物从简单到复杂演化的现象。其实本质是为了从外界获得负嫡不断调整系统结构功能的过程。

第二节 单细胞动物系统要素沟通渠道(以草履虫为例)

一、口沟

相当于高等动物的消化管结构,可以通过口沟摄取细菌等作为食物;摄取的食物首先进入食物泡。

二、食物泡

相当于高等动物转化食物的消化腺肝脏,食物泡在细胞质中沿一定路线运行流动,并与溶酶体结合,对食物进行消化并吸收营养物质。食物泡中的食物残渣运行到胞肛时被排出体外。

三、收集管

与伸缩泡相通的,周期性地将内质网收集的水分集中注入伸缩泡的结构。相当于高等动物肾小管。

四、伸缩泡

单细胞生物的一种液泡。由于收缩和扩张可周期的交替的进行,所以称为脉动。伸缩泡在舒张期,从细胞质内收集液体而膨胀;到了收缩期,把液体排出体表而暂时消失,相当于高等动物心脏功能。

五、纤毛

是由细胞表面向外伸出的细长突起物。外包有一层质膜,内部是由微管组成的轴丝,纤毛的运动是由轴丝动力蛋白所介导的相邻二联体微管之间的相互滑动所致。从一个二联体的A管伸出的动力蛋白臂的马达结构域在相邻的二联体的B管上“行走”,相当于高等动物的神经系统。

第三节 单细胞动物系统结构要素组合原则

草履虫胚层演化潜能示意图

一、结构分层原则

虽然单细胞动物系统构成简单,但是系统要素基本具备高等动物的功能,口沟食物泡相当于高等三胚层动物的内胚层原肠胚结构;纤毛鞭毛相当于外胚层的皮肤神经同源结构;伸缩泡相当于中胚层心脏脉管功能,收集泡相当于中胚层肾泌尿功能。原始单细胞系统的这种结构分层原则也就是胚胎重演律的基础。

二、内外沟通原则

单细胞动物外部纤毛结构具备呼吸功能和神经功能,相当于外胚层皮肤神经同源结构;口沟,食物泡,胞肛相当于内胚层的原肠消化管消化腺同源结构;伸缩泡,收集管相当于内胚层的循环,排泄,免疫同源结构。

这种外中内分层结构需要一种藕连沟通结构才能完成内外能量的交换,进行正常的新陈代谢,而收缩泡和收集管正好作为内外结构能量交换的沟通渠道。这一原始结构也就是动物演化不断结构复杂,功能高效的演化基础。

三、内外能量交换原则

单细胞动物皮肤纤毛具备呼吸功能,就要吸收氧气,排出二氧化碳;口沟食物泡胞肛吸收消化食物,排泄残渣。这是两种不同的新陈代谢功能,一个在外发生,一个从内生,这就是高等动物最原始的气血交换机制的雏形。

四、系统重构原则

单细胞动物生殖:无性生殖:等二分裂、纵二分裂、横二分裂、裂体生殖(多分裂)、孢子生殖、出芽生殖。有性生殖:配子生殖、接合生殖。

单细胞动物的有性生殖和无性生殖模式也可以看做是高等动物自系统演变一种系统更新模式,当系统演变结构不能从外界获得负熵值,出现热寂状态时,系统就会重新构建更完善的有序系统获得负熵,这一新的结构就是生殖功能,这就是动物新系统重构原则,有性生殖两系统结合就相当于获取了负熵,无性生殖相当于在原系统上重构系统,动物系统的生殖系统是系统重构的关键,动物系统演化的核心模型就是胚胎模型。因此可以说,动物演变的过程是动物胚胎模式重构的过程。

第四节 单细胞动物运动力与筋腱起源

图1-1-2 伸缩泡结构示意图

一、伸缩泡-收集管输布功能起源

(一)伸缩泡的类脉动功能

伸缩泡是单细胞动物内水分调节细胞器,是一种能做节奏性伸缩的液泡,通常有末端部、壶腹、注入管三部组成的辐管围着中央泡(又名主泡),与中央泡交替伸缩。在伸缩泡末端周边特殊的原生质(染色性质与高尔基体相同)称作肾形质,有人认为肾形质可分泌液体供给中央泡,但电子显微镜证实,肾形质其实为由极发达的粗面小孢体所构成的网状结构(粗面内质网),与辐管是相连的。草履虫则属于此类型,可是毛草履虫的中央泡周围,有几个以分泌物形成的小液泡,其内含物与中央泡汇合。伸缩泡以细管开口于皮膜上。

这就说明伸缩泡是单细胞动物内部存在着类似神经的组织与体内组织结合的结构结合体,这一结构是外部纤毛内部端与内要素形成的一种结构,这种具有神经作用的泡状结构具有类似心脏推动体液动力作用。

原始单细胞动物具有这种具有推动作用的结构,就能将从外界摄取的能量推动到其他组织结构位置,使各个系统要素获能保持活性。

(二)收集管能量通道功能

收集管是单细胞动物体内与伸缩泡相通的,周期性地将内质网收集的水分集中注入伸缩泡的结构。这一结构说明在低等动物的口沟和皮肤纤毛之前形成一种能量传输通路,皮肤纤毛呼吸的氧气和口沟摄取的营养物质通过内质网流入收集管中,收集管与伸缩泡相连,收缩泡收缩舒张运动推动收集管中两种能量流运动,输送到细胞体的各个部位,这种能量通道作用,相当于高等动物的脉管系统。同时收集管还可将细胞代谢的废物运输到体外,相当于高等动物的排泄系统的作用。

二、伸缩泡-收集管原始经脉雏形

从以上原始单细胞动物的伸缩泡和收集管机制看,在口沟和外纤毛结构之间存在着一种由内外耦合构成的通道系统,外部纤毛呼吸的氧气和口沟吸收的营养物质通过内质网渗透到收集管中交换能量,通过伸缩泡脉动力推动能量流传输到各个细胞器官位置。这种近似脉动功能的传输结构将细胞内各细胞器藕连起来,使细胞成为一个非常有机的系统。

由此可知,单细胞动物的伸缩泡-收集管结构就是最原始的经脉结构,任何高等动物的经脉都是从这一结构演化而来。每一个细胞中都含有这一结构,这才有可能出现多细胞动物各种不同细胞间的相互沟通机制,使动物向高级动物系统有机演化。

纤毛的类神经功能和伸缩泡的收缩功能集合,产生体壁运动和类脉动功能,这一现象说明伸缩泡是动物筋腱的起源。

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