ISOGAMY: VLASTNOSTI A TYPY - BIOLÓGIE - 2025

Izogamia je rastlina, reprodukčný systém, v ktorom sú gaméty sú morfologicky podobné. Podobnosť sa vyskytuje v tvare a veľkosti a mužské a ženské pohlavné bunky nemožno rozlíšiť. Tento reprodukčný systém sa považuje za predok. Vyskytuje sa v rôznych skupinách rias, húb a prvokov.

Gaméty zapojené do izogamie môžu byť mobilné (spojené) alebo nie. K jednotke toho dochádza konjugáciou. Nediferencované pohlavné bunky fúzujú a vymieňajú si genetický materiál.

Izogamia. Upravené z M. Piepenbring, pomocou Wikimedia Commons

Isogamia môže byť homotalická alebo heterotalická. Je to homothalické, keď dôjde k fúzii medzi gamétami, ktoré majú rovnaký genóm. V heterotalickej izogamii majú gamety odlišnú genetickú štruktúru.

vlastnosti

Zdroj: M. Piepenbring

Reprodukcia izogamiou sa uskutočňuje konjugáciou. V tomto sa obsah jednej bunky presunie do druhej a dôjde k fúzii.

Zahrnuté sú procesy karigamy (fúzia jadier) a plazmogamy (fúzia cytoplazmy). Diferenciacia somatických buniek na sexuálne bunky môže byť spojená s podmienkami prostredia. Môže tiež ovplyvniť interakciu s inými jedincami toho istého druhu.

Keď dôjde k diferenciácii, gaméty musia nájsť a rozpoznať ďalšie pohlavné bunky. V skupinách, v ktorých sa vyskytuje izogamia, dochádza k rozoznávaniu a fúzii gamét rôznymi spôsobmi.

Sexuálne bunky môžu byť signalizované alebo imobilné. V niektorých prípadoch sú veľké, ako v niektorých zelených riasach.

druhy

Existujú dva typy izogamie súvisiace s genetickým zložením gamét.

Homothalická izogamia

Géla jednotlivca je konjugovaná s inou rovnakou klonálnou skupinou. V tomto prípade sa predpokladá samooplodnenie.

Všetky jadrá majú rovnaký genotyp a nedochádza k interakcii s iným genotypom. Somatické bunky sa diferencujú priamo na pohlavné bunky.

Gamety sa tvoria v klonálnych populáciách a neskôr dochádza k fúzii za vzniku zygoty.

Heterotalická izogamia

Hry sa vyrábajú u rôznych jedincov, ktorí majú odlišnú genetickú štruktúru.

Od gamét sa vyžaduje genetická kompatibilita, aby došlo k fúzii. Všeobecne sa tvoria dva typy gamét. „Plus“ a „mínus“, ktoré sú navzájom kompatibilné.

Gametangiálna bunka (ktorá produkuje gametu) jedného typu tvorí pár s bunkou druhého typu. Uznávajú sa prostredníctvom chemickej komunikácie, ktorá v niektorých prípadoch zahŕňa výrobu feromónu.

Organizmy s izogamickými gamétami

Zdá sa, že stav izogamy dominuje v jednobunkových organizmoch, zatiaľ čo anizogamia je takmer univerzálna pre mnohobunkové eukaryoty. Vo väčšine eukaryotických línií jednobunkových organizmov majú gaméty rovnakú veľkosť a nerozlišujeme medzi mužmi a ženami.

Modelové organizmy

V eukaryotoch existuje významné množstvo druhov s izogamickými gamétami. Spomenieme však iba rody, ktoré sa neustále objavujú v biologickej literatúre - hoci je ich omnoho viac.

Známe sociálne améby druhu Dictyostelium discoideum, bežné kvasnice, ktoré používame na výrobu potravín Saccharomyces cerevisiae, a protozoánsky parazit, ktorý spôsobuje spavú chorobu Trypanosoma brucei, sú príklady organizmov s identickými gamétami.

U zelených rias je bežným javom izogamia. V skutočnosti v týchto organizmoch existujú dva typy izogamie.

Niektoré druhy produkujú relatívne stredne veľké gamety s fototaktickým systémom predstavovaným očnou škvrnou. Ostatné druhy majú rovnaké gaméty, ale oveľa menšie ako v predchádzajúcom prípade. Tiež im chýba oko.

Výnimky z pravidla

Nie je však možné vykonať takéto radikálne pozorovanie a obmedziť izogamické gaméty na jednobunkové línie a anizogamické na viacbunkové bytosti.

Rastliny vskutku predstavujú určité výnimky z tohto pravidla, pretože rody koloniálnych zelených rias, ako sú Pandorina, Volvulina a Yamagishiella, vykazujú stav isogamie.

Výnimky existujú aj v opačnom smere, pretože existujú jednobunkové organizmy, ako napríklad zelené riasy Bryopsidales, ktoré predstavujú rôzne gaméty.

Isogamy v riasach

Na riasach bola pozorovaná prítomnosť dvoch typov pohlavných buniek spojených s izogamiou.

V niektorých skupinách sú gamety stredne veľké a majú mechanizmy fototaxie. Existuje oko, ktoré je stimulované svetlom.

Spravidla sú spojené s prítomnosťou chloroplastov a so schopnosťou akumulovať rezervné látky. V iných prípadoch sú gaméty veľmi malé a nemajú oko.

Sexuálna reprodukcia v izogamických riasach nastáva iným spôsobom.

Chlamydomonas

Je to skupina jednobunkových zelených rias s dvoma bičíkmi. Predstavuje heterotalickú izogamiu. U niektorých druhov sa môže vyskytnúť homotálna izogamia.

Haploidné vegetatívne bunky sa diferencujú na pohlavné bunky, keď sa v prostredí zvyšujú dusíkové podmienky. Existujú dva typy gamét s rôznymi genetickými doplnkami.

Gamety produkujú aglutiníny (adhézne molekuly), ktoré podporujú prichytenie bičíka. Po fúzii poskytujú obe gamety genetické informácie potrebné na vývoj embrya.

Closterium

Tieto riasy patria do divízie Charyophyta. Sú jednobunkové. Predstavujú homotalickú a heterotalickú izogamiu.

Hráči nie sú mobilní. V tomto prípade, keď vznikajú pohlavné bunky, sa vytvorí konjugačná papila. Cytoplazmy sa uvoľňujú rozkladom bunkovej steny.

Neskôr dôjde k fúzii protoplazmov oboch gamét a vytvorí sa zygota. Predpokladá sa, že chemická príťažlivosť medzi rôznymi genetickými typmi sa vyskytuje v heterotalickej izogamii.

Hnedé riasy

Sú to mnohobunkové organizmy s bičíkovými izogamnými gamétami. Ďalšie skupiny sa množia anisogamiou alebo oogamiou.

Gamety sú morfologicky rovnaké, ale správajú sa inak. Existujú druhy, kde ženský typ uvoľňuje feromóny, ktoré priťahujú mužský typ.

V iných prípadoch sa jeden druh gaméty pohybuje na krátku dobu. Potom prehltnite bičík a uvoľnite feromóny. Druhý typ sa pohybuje dlhšie a má receptor pre feromónový signál.

Isogamy v hubách

Vyskytuje sa izogama homothalického aj heterotalického typu. Vo väčšine prípadov je rozpoznávanie gamét spojené s výrobou feromónov.

kvasinky

U niekoľkých jednobunkových skupín, ako je Saccharomyces, sa gaméty diferencujú v reakcii na zmenu v zložení kultivačného média. Za určitých podmienok, napríklad pri nízkych hladinách dusíka, sa somatické bunky delia meiózou.

Hry s rôznym genetickým zložením sú rozpoznávané feromónovými signálmi. Bunky tvoria projekcie smerom k zdroju feromónov a spájajú ich vrcholy. Jadrá oboch gamét migrujú, až kým sa neuzavrú a nevytvoria diploidnú bunku (zygota).

Vláknité huby

Sú to mnohobunkové organizmy. Vyskytujú sa najmä heterothalické systémy. Počas sexuálneho vývoja tvoria donorské (mužské) a vnímavé (ženské) štruktúry.

K fúzii buniek môže dôjsť medzi hýfou a špecializovanejšou bunkou alebo medzi dvoma hýfami. Vstup darcovského jadra (samca) do hýf stimuluje rozvoj plodiaceho tela.

Jadrá sa nespájajú okamžite. Plodné telo tvorí dikaryotickú štruktúru s jadrami rôzneho genetického zloženia. Následne sa jadrá fúzujú a delia meiózou.

Isogamy v prvokoch

Isogamy sa vyskytuje v bičíkových jednobunkových skupinách. Tieto riasovité organizmy vytvárajú cytoplazmatické spojenie medzi gamétami v špecializovaných oblastiach plazmatickej membrány.

Zviazané skupiny majú dve jadrá, makronukleus a mikronukleus. Makronukleus je somatická forma. Diploidný mikronukleus sa delí meiózou a tvorí gametu.

Haploidné jadrá sa vymieňajú cytoplazmatickým mostíkom. Následne sa obnovia cytoplazmy každej bunky a znovu získajú svoju autonómiu. Tento proces je v eukaryotoch jedinečný.

V euplotoch sa vyrábajú špecifické feromóny každého genetického typu. Bunky zastavia somatický rast, keď zistia feromón rôzneho genetického zloženia.

U druhov Dileptus sú rozpoznávacie molekuly prítomné na bunkovom povrchu. Kompatibilné gamety sú viazané adhéznymi proteínmi v cilii.

V Paramecium sa medzi kompatibilnými gamétami vytvárajú rozpoznávacie látky. Tieto látky podporujú spojenie pohlavných buniek, ako aj ich adhéziu a následnú fúziu.

Ekologické a vývojové dôsledky

Symetrické rodičovské investície

V evolučnej biológii je jednou z najviac diskutovaných tém, keď hovoríme o zložitých organizmoch (ako sú cicavce), rodičovská investícia. Túto koncepciu vyvinul významný biolog Sir Ronald Fisher vo svojej knihe „Genetická teória prírodného výberu“ a zahŕňa výdavky rodičov na starostlivosť o mladých ľudí.

Rovnosť v gamétach znamená, že rodičovské investície budú symetrické pre oba organizmy zapojené do reprodukčnej udalosti.

Na rozdiel od anisogamického systému, v ktorom sú investície rodičov asymetrické, a je to ženská gameta, ktorá poskytuje väčšinu negenetických zdrojov (živiny atď.) Na vývoj zygoty. S vývojom systémov, ktoré vo svojich gametoch vykazujú dimorfizmus, sa u rodičovských organizmov vyvinula aj asymetria.

vývoj

Podľa dôkazov a reprodukčných vzorcov, ktoré nachádzame v moderných druhoch, sa zdá byť logické považovať izogamiu za pôvodný stav, ktorý sa objavuje v prvých štádiách sexuálnej reprodukcie.

V niekoľkých líniách mnohobunkových organizmov, ako sú rastliny a zvieratá, sa nezávisle vyvinul diferenčný reprodukčný systém, kde samičky sú veľké a imobilné a samce malé a schopné presunúť sa do vajíčka.

Aj keď nie sú známe presné trajektórie zmeny z izogamického na anizogamický stav, bolo formulovaných niekoľko teórií.

Teória 1

Jeden z nich poukazuje na možný kompromis medzi veľkosťou gamét a ich počtom. Podľa tohto argumentu je pôvod anizogamie evolučne stabilnou stratégiou spôsobenou narušujúcim výberom pri hľadaní účinnosti a prežitia zygoty.

Teória 2

Ďalšia teória sa snaží vysvetliť tento jav ako spôsob kompenzácie imobilnej bunky (vajíčka) mnohými bunkami so schopnosťou pohybu (spermie).

Teória 3

Tretí pohľad vysvetľuje vznik anizogamie ako adaptívnej charakteristiky, aby sa predišlo konfliktom medzi jadrom a cytoplazmou v dôsledku nediferencovanej dedičnosti organel.

Referencie

1. Hadjivasiliou Z a A Pomiankowski (2016) Signalizácia gamete je základom vývoja typov párenia a ich počtu. Phil. Trans. R. Soc., B 371: 1-12.
2. Lehtonen J, H Kokko a GA Parker (2016) Čo nás učia izogamné organizmy o sexe a obidvoch pohlaví? Trans. R. Soc., B 371: 20150532.
3. Ni M, M Fererzaki, S Sun, X Wang a J Heitman (2011) Sex v hubách. Annu. Genet. 45: 405 - 430.
4. Togashia T, JL Bartelt, J Yoshimura, K Tainakae a PA Cox (2012) Evolučné trajektórie vysvetľujú diverzifikovaný vývoj izogamie a anizogamie v morských zelených riasach. Proc Natl Acad Sci 109: 13692-13697.
5. Tsuchikane Y. M. Tsuchiya, F. Hinka, H. Nozaki a H. Sekimoto (2012) Tvorba zygospor medzi homothalickými a heterothalickými kmeňmi Closterium. Sex Plant Reprod 25: 1-9.