Charakteristiky a typy izogamie

1945
Charles McCarthy

The isogamie jedná se o reprodukční systém rostlin, kde jsou gamety morfologicky podobné. Podobnost se vyskytuje ve tvaru a velikosti a mužské a ženské pohlavní buňky nelze rozlišit. Tento reprodukční systém je považován za rodový. Vyskytuje se v různých skupinách řas, hub a prvoků.

Gamety zapojené do isogamie mohou být mobilní (řasinkové) nebo ne. K jejich spojení dochází konjugací. Nediferencované pohlavní buňky fúzují a vyměňují si genetický materiál.

Izogamie. Upraveno z M. Piepenbring [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], přes Wikimedia Commons

Izogamie může být homotalická nebo heterotalická. Je homotální, když k fúzi dochází mezi gametami, které mají stejný genom. V heterotalické isogamii mají gamety jinou genetickou výbavu.

Rejstřík článků

  • 1 Funkce
  • 2 druhy
    • 2.1 Homothalická izogamie
    • 2.2 Heterothalická izogamie
  • 3 Organismy s isogamickými gametami
    • 3.1 Modelové organismy
    • 3.2 Výjimky z pravidla
  • 4 Isogamie v řasách
    • 4.1 Chlamydomonas
    • 4.2 Closterium
    • 4.3 Hnědé řasy
  • 5 Isogamie v houbách
    • 5.1 Kvasinky
    • 5.2 Vláknité houby
  • 6 Izogamie u prvoků
  • 7 Ekologické a evoluční důsledky
    • 7.1 Symetrická rodičovská investice
    • 7.2 Vývoj
  • 8 Reference

Vlastnosti

Zdroj: M. Piepenbring [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

K reprodukci isogamií dochází konjugací. V tomto se obsah jedné buňky pohybuje směrem k druhé a dochází k fúzi.

Jedná se o procesy karigamie (fúze jader) a plazmogamie (fúze cytoplazmy). Diferenciace somatických buněk na pohlavní buňky může být spojena s podmínkami prostředí. Interakce s jinými jedinci stejného druhu může také ovlivnit.

Poté, co dojde k diferenciaci, musí gamety najít a rozpoznat další pohlavní buňky. Ve skupinách, kde dochází k isogamii, dochází k rozpoznávání a fúzi gamet různými způsoby.

Pohlavní buňky mohou být bičíkovité nebo nepohyblivé. V některých případech jsou velké, jako v některých zelených řasách.

Typy

Existují dva typy izogamie související s genetickou výbavou gamet.

Homotalická izogamie

Gameta jedince je konjugována s jinou ze stejné klonální skupiny. V tomto případě se má za to, že došlo k samooplodnění.

Všechna jádra mají stejný genotyp a nedochází k interakci s jiným genotypem. Somatické buňky se diferencují přímo na pohlavní buňky.

Gamety se tvoří v klonálních populacích a později dochází k fúzi za vzniku zygoty.

Heterotalická izogamie

Gamety se produkují u různých jedinců, kteří mají odlišnou genetickou výbavu.

Gamety musí mít genetickou kompatibilitu, aby došlo k fúzi. Obecně se tvoří dva typy gamet. „Plus“ a „minus“, které jsou navzájem kompatibilní.

Gametangiální buňka (která produkuje gametu) jednoho typu tvoří pár s buňkou druhého typu. Ty jsou rozpoznávány chemickou komunikací, která v některých případech zahrnuje produkci feromonů.

Organismy s isogamickými gametami

Zdá se, že stav izogamie dominuje v jednobuněčných organismech, zatímco anizogamie je téměř univerzální pro mnohobuněčné eukaryoty. Ve většině eukaryotických linií jednobuněčných organismů mají gamety stejnou velikost a nerozlišujeme mezi muži a ženami..

Modelové organismy

U eukaryot existuje značné množství druhů s isogamickými gametami. Zmíníme však pouze rody, které se v biologické literatuře objevují neustále - i když jich je mnohem více..

Známá společenská améba tohoto druhu Dictyostelium discoideum, běžné droždí, které používáme k výrobě jídla Saccharomyces cerevisiae a parazit prvoka, který způsobuje spavou nemoc Trypanosoma brucei jsou všechny příklady organismů se stejnými gametami.

U zelených řas je isogamie běžným jevem. Ve skutečnosti existují dva typy isogamie v těchto organismech.

Některé druhy produkují relativně střední gamety s fototaktickým systémem představovaným očním bodem. Jiné druhy mají stejné gamety, ale mnohem menší než v předchozím případě. Také jim chybí oční skvrna.

Výjimky z pravidla

Není však možné provést takové radikální pozorování a omezit isogamické gamety na jednobuněčné linie a anizogamické na mnohobuněčné bytosti..

Rostliny skutečně představují určité výjimky z tohoto pravidla, protože rody koloniálních zelených řas jako např Pandorina, Volvulina Y Yamagishiella představují stav isogamie.

Existují také výjimky v opačném směru, protože existují jednobuněčné organismy, jako jsou zelené řasy řádu Bryopsidales, které představují různé gamety..

Isogamie v řasách

U řas byla pozorována přítomnost dvou typů pohlavních buněk spojených s isogamií.

V některých skupinách jsou gamety střední velikosti a mají mechanismy fototaxe. Existuje oční skvrna stimulovaná světlem.

Obvykle jsou spojeny s přítomností chloroplastů a schopností akumulovat rezervní látky. V ostatních případech jsou gamety velmi malé a nemají oční skvrnu..

K pohlavnímu rozmnožování u isogamických řas dochází odlišně.

Chlamydomonas

Je to skupina jednobuněčných zelených řas se dvěma bičíky. Představuje heterotalickou isogamii. U některých druhů se může vyskytnout homotalická izogamie.

Haploidní vegetativní buňky se diferencují na pohlavní buňky, když se v médiu zvýší podmínky dusíku. Existují dva typy gamet s různými genetickými doplňky.

Gamety produkují aglutininy (adhezní molekuly), které podporují připojení bičíků. Po fúzi poskytují obě gamety genetickou informaci nezbytnou pro vývoj embrya.

Closterium

Tyto řasy patří do divize Charyophyta. Jsou jednobuněčné. Představují homotalickou a heterotalickou izogamii.

Gamety nejsou mobilní. V tomto případě, když pohlavní buňky vzniknou, se vytvoří konjugační papila. Cytoplazmy se uvolňují prasknutím buněčné stěny.

Následně dojde k fúzi protoplazmat obou gamet a vytvoří se zygota. Chemická přitažlivost mezi různými genetickými typy se považuje za vyskytující se v heterotalické izogamii.

Hnědé řasy

Jsou to mnohobuněčné organismy s bičíkovitými isogamními gametami. Jiné skupiny se množí anizogamií nebo oogamií.

Gamety jsou morfologicky stejné, ale chovají se odlišně. Existují druhy, kde ženský typ uvolňuje feromony, které přitahují mužský typ.

V ostatních případech se jeden typ gamety pohybuje na krátkou dobu. Poté požijte bičík a uvolněte feromony. Druhý typ se pohybuje delší dobu a má feromonový signální receptor.

Isogamie v houbách

Homotalický i heterotalický typ jsou izogamie. Ve většině případů je rozpoznávání gamet spojeno s produkcí feromonů.

Kvasinky

V různých jednobuněčných skupinách, jako je Saccharomyces, gamety se odlišují v reakci na změnu ve složení kultivačního média. Somatické buňky se za určitých podmínek dělí meiózou, například nízkou hladinou dusíku..

Gamety s různou genetickou výbavou jsou rozeznávány feromonovými signály. Buňky vytvářejí projekce směrem ke zdroji feromonů a spojují své vrcholy. Jádra obou gamet migrují, až se spojí a vytvoří diploidní buňku (zygota).

Vláknité houby

Jsou to mnohobuněčné organismy. Představují hlavně heterotalické systémy. Během sexuálního vývoje tvoří dárcovské (mužské) a vnímavé (ženské) struktury.

K fúzi buněk může dojít mezi hyfou a více specializovanou buňkou nebo mezi dvěma hyfy. Vstup dárcovského jádra (muže) do hyfy stimuluje vývoj plodnice.

Jádra se nespájí okamžitě. Plodnice tvoří dikaryotickou strukturu s jádry různého genetického složení. Následně jádra fúzují a dělí se podle meiózy.

Izogamie u prvoků

Isogamie se vyskytuje v jednobuněčných skupinách bičíkovců. Tyto řasinkové organismy vytvářejí cytoplazmatické spojení mezi gametami ve specializovaných oblastech plazmatické membrány..

Přidružené skupiny mají dvě jádra, makronukleus a mikronukleus. Makronukleus je somatická forma. Diploidní mikrojader se dělí meiózou a tvoří gametu.

Haploidní jádra jsou vyměňována cytoplazmatickým můstkem. Následně se cytoplazmy každé buňky obnoví a znovu získají svou autonomii. Tento proces je u eukaryot jedinečný.

Na Euploty Vyrábějí se specifické feromony každého genetického typu. Buňky zastaví somatický růst, když detekují feromon různého genetického složení.

Pro druhy Dileptus rozpoznávací molekuly jsou prezentovány na buněčném povrchu. Kompatibilní gamety jsou vázány adhezními proteiny v řasinkách.

Na Paramecium rozpoznávací látky se vyrábějí mezi kompatibilními gametami. Tyto látky podporují spojení pohlavních buněk, jejich přilnavost a následnou fúzi..

Ekologické a evoluční důsledky

Symetrická rodičovská investice

V evoluční biologii je jedním z nejdiskutovanějších témat, když hovoříme o složitých organismech (například savcích), investice rodičů. Tento koncept vyvinul významný biolog Sir Ronald Fisher ve své knize „Genetická teorie přirozeného výběru”, A implikuje výdaje rodičů na blaho potomků.

Rovnost v gametách znamená, že rodičovská investice bude symetrická pro oba organismy zapojené do reprodukční události..

Na rozdíl od systému anisogamie, kde je rodičovská investice asymetrická, a právě ženská gameta poskytuje většinu negenetických zdrojů (živin atd.) Pro vývoj zygoty. S vývojem systémů, které ve svých gametách představují dimorfismus, se také u rodičovských organismů vyvinula asymetrie.

Vývoj

Podle důkazů a reprodukčních vzorců, které najdeme u moderních druhů, se zdá logické považovat isogamii za stav předků, který se objevuje v prvních fázích sexuální reprodukce..

V několika liniích mnohobuněčných organismů, jako jsou rostliny a zvířata, se nezávisle vyvinul systém diferenciální reprodukce, kde samičí gamety jsou velké a nepohyblivé a samčí jsou malé a jsou schopné se pohybovat do vajíčka..

Ačkoli přesné trajektorie změny z isogamického na anizogamický stav nejsou známy, bylo formulováno několik teorií..

Teorie 1

Jeden z nich zdůrazňuje možný kompromis mezi velikostí gamet a jejich počtem. Podle tohoto argumentu je původ anisogamie evolučně stabilní strategie způsobená rušivým výběrem při hledání účinnosti a přežití zygoty..

Teorie 2

Další teorie se snaží vysvětlit tento jev jako způsob kompenzace imobilní buňky (vajíčka) mnoha buňkami se schopností pohybu (spermie)..

Teorie 3

Třetí pohled vysvětluje vznik anisogamie jako adaptivní charakteristiky, která má zabránit konfliktům mezi jádrem a cytoplazmou v důsledku uniparentální dědičnosti organel..

Reference

  1. Hadjivasiliou Z a A Pomiankowski (2016) Signalizace gamety je základem vývoje typů páření a jejich počtu. Phil. Trans. R. Soc. B 371: 1-12.
  2. Lehtonen J, H Kokko a GA Parker (2016) Co nás izogamní organismy učí o sexu a dvou pohlavích?. Trans. R. Soc. B 371: 20150532.
  3. Ni M, M Fererzaki, S Sun, X Wang a J Heitman (2011) Sex in fungi. Annu. Genet. 45: 405-430.
  4. Togashia T, JL Bartelt, J Yoshimura, K Tainakae a PA Cox (2012) Evoluční trajektorie vysvětlují diverzifikovaný vývoj isogamie a anisogamie v mořských zelených řasách. Proč Natl Acad Sci 109: 13692-13697.
  5. Tsuchikane Y. M Tsuchiya, F Hinka, H Nozaki a H Sekimoto (2012) Tvorba Zygospore mezi homothalickými a heterotalickými kmeny Closterium. Sex Plant Reprod 25: 1-9.

Zatím žádné komentáře