IZOGAMIA: CECHY I TYPY - BIOLOGIA - 2025

Izogamia jest rośliną układ rozrodczy gdzie gamety są morfologicznie podobne. Podobieństwo występuje w kształcie i rozmiarze, a nie można rozróżnić męskich i żeńskich komórek płciowych. Ten układ rozrodczy jest uważany za przodka. Występuje w różnych grupach glonów, grzybów i pierwotniaków.

Gamety zaangażowane w izogamię mogą być ruchome (urzęsione) lub nie. Połączenie tego samego następuje przez koniugację. Niezróżnicowane komórki płciowe łączą i wymieniają materiał genetyczny.

Izogamia. Zmodyfikowano za M. Piepenbring, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Izogamia może być homotaliczna lub heterotaliczna. Jest homothaliczny, gdy fuzja zachodzi między gametami, które mają ten sam genom. W izogamii heterotalicznej gamety mają inny skład genetyczny.

cechy

Źródło: M. Piepenbring

Rozmnażanie przez izogamię zachodzi przez koniugację. W tym przypadku zawartość jednej komórki przenosi się do drugiej i następuje fuzja.

W grę wchodzą procesy karigamii (fuzja jąder) i plazmogamia (fuzja cytoplazmy). Różnicowanie się komórek somatycznych w komórki płciowe może być związane z warunkami środowiskowymi. Wpływ mogą mieć również interakcje z innymi osobnikami tego samego gatunku.

Po wystąpieniu różnicowania gamety muszą znaleźć i rozpoznać inne komórki płciowe. W grupach, w których występuje izogamia, rozpoznawanie i łączenie gamet zachodzi na różne sposoby.

Komórki płciowe mogą być biczowane lub unieruchomione. W niektórych przypadkach są duże, jak u niektórych zielonych alg.

Rodzaje

Istnieją dwa rodzaje izogamii związane z genetycznym składem gamet.

Izogamia homotaliczna

Gameta osobnika jest sprzężona z inną z tej samej grupy klonalnej. W takim przypadku uważa się, że zachodzi samozapłodnienie.

Wszystkie jądra mają ten sam genotyp i nie ma interakcji z innym genotypem. Komórki somatyczne różnicują się bezpośrednio w komórki płciowe.

Gamety powstają w populacjach klonalnych, a później następuje fuzja, tworząc zygotę.

Izogamia heterotaliczna

Gamety są produkowane przez różne osoby, które mają inny skład genetyczny.

Gamet muszą mieć genetyczną kompatybilność, aby nastąpiła fuzja. Generalnie powstają dwa rodzaje gamet. „Plus” i „Minus”, które są ze sobą zgodne.

Komórka gametangialna (która wytwarza gametę) jednego typu tworzy parę z komórką drugiego typu. Są one rozpoznawane poprzez komunikację chemiczną, która w niektórych przypadkach obejmuje produkcję feromonów.

Organizmy z izogamicznymi gametami

Stan izogamii wydaje się dominować w organizmach jednokomórkowych, podczas gdy anizogamia jest prawie uniwersalna dla wielokomórkowych eukariontów. W większości eukariotycznych linii organizmów jednokomórkowych, gamety są równej wielkości i nie rozróżniamy między samcami a samicami.

Organizmy modelowe

U eukariontów występuje znaczna liczba gatunków z izogamicznymi gametami. Wspomnimy jednak tylko o rodzajach, które stale pojawiają się w literaturze biologicznej - choć jest ich znacznie więcej.

Dobrze znana ameba społeczna z gatunku Dictyostelium discoideum, pospolite drożdże, których używamy do produkcji pożywienia Saccharomyces cerevisiae, oraz pierwotniak pasożytniczy wywołujący śpiączkę Trypanosoma brucei to przykłady organizmów o identycznych gametach.

W przypadku zielonych alg izogamia jest zjawiskiem powszechnym. W rzeczywistości istnieją dwa rodzaje izogamii w tych organizmach.

Niektóre gatunki wytwarzają gamety stosunkowo średniej wielkości z systemem fototaktycznym reprezentowanym przez plamkę oczną. Inne gatunki mają te same gamety, ale znacznie mniejsze niż w poprzednim przypadku. Brakuje im też plamki na oczach.

Wyjątki od reguły

Jednak nie jest możliwe dokonanie tak radykalnej obserwacji i ograniczenie gamety izogamicznych do linii jednokomórkowych i anizogamicznych do istot wielokomórkowych.

Rzeczywiście, rośliny stanowią pewne wyjątki od tej reguły, ponieważ rodzaje kolonialnych glonów zielonych, takie jak Pandorina, Volvulina i Yamagishiella, stanowią stan izogamii.

Istnieją również wyjątki w przeciwnym kierunku, ponieważ istnieją organizmy jednokomórkowe, takie jak zielenice z rzędu Bryopsidales, które mają różne gamety.

Izogamia w algach

W algach zaobserwowano obecność dwóch typów komórek płciowych związanych z izogamiią.

W niektórych grupach gamety są średniej wielkości i mają mechanizmy fototaksji. Jest punkt oka, który jest stymulowany światłem.

Na ogół są one związane z obecnością chloroplastów i zdolnością do gromadzenia substancji rezerwowych. W innych przypadkach gamety są bardzo małe i nie mają plamki ocznej.

Rozmnażanie płciowe w glonach izogamii przebiega inaczej.

Chlamydomonas

Jest to grupa jednokomórkowych glonów zielonych z dwoma wici. Przedstawia heterotaliczną izogamię. U niektórych gatunków może wystąpić izogamia homotaliczna.

Haploidalne komórki wegetatywne różnicują się w komórki płciowe, gdy w pożywce wzrastają warunki azotowe. Istnieją dwa rodzaje gamet z różnymi komplementami genetycznymi.

Gamety wytwarzają aglutyniny (cząsteczki adhezyjne), które sprzyjają przyczepianiu się wici. Po fuzji dwie gamety dostarczają informacji genetycznej niezbędnej do rozwoju zarodka.

Closterium

Te glony należą do rejonu Charyophyta. Są jednokomórkowe. Przedstawiają izogamię homothaliczne i heterotaliczne.

Gry nie są ruchome. W tym przypadku, gdy powstają komórki płciowe, powstaje brodawka koniugacyjna. Cytoplazmy są uwalniane przez rozbicie ściany komórkowej.

Później następuje fuzja protoplazmy obu gamet i powstaje zygota. Uważa się, że przyciąganie chemiczne między różnymi typami genetycznymi występuje w izogamii heterotalicznej.

Glony brunatne

Są to organizmy wielokomórkowe, z wiciowcami izogamicznymi. Inne grupy rozmnażają się przez anizogamię lub oogamię.

Gamety są morfologicznie takie same, ale zachowują się inaczej. Są gatunki, w których typ żeński uwalnia feromony przyciągające typ męski.

W innych przypadkach jeden rodzaj gamet porusza się przez krótki czas. Następnie połknij wici i uwolnij feromony. Drugi typ porusza się dłużej i ma receptor dla sygnału feromonu.

Izogamia u grzybów

Występuje izogamia zarówno typu homotalicznego, jak i heterotalicznego. W większości przypadków rozpoznanie gamet wiąże się z produkcją feromonów.

Drożdże

W kilku jednokomórkowych grupach, takich jak Saccharomyces, gamety różnicują się w odpowiedzi na zmianę składu pożywki hodowlanej. W pewnych warunkach, takich jak niski poziom azotu, komórki somatyczne dzielą się w drodze mejozy.

Gamety o różnym składzie genetycznym są rozpoznawane przez sygnały feromonów. Komórki tworzą wypustki w kierunku źródła feromonów i łączą się ze swoimi wierzchołkami. Jądra obu gamet migrują, aż się połączą i utworzą diploidalną komórkę (zygotę).

Grzyby strzępkowe

Są organizmami wielokomórkowymi. Przedstawiają głównie układy heterotaliczne. Podczas rozwoju płciowego tworzą struktury dawcy (męskie) i receptywne (żeńskie).

Fuzja komórek może nastąpić między strzępkami a bardziej wyspecjalizowaną komórką lub między dwoma strzępkami. Wejście jądra dawcy (samca) do strzępki stymuluje rozwój owocnika.

Jądra nie łączą się natychmiast. Owocnik tworzy strukturę dikariotyczną z jądrami o różnym składzie genetycznym. Następnie jądra łączą się i dzielą przez mejozę.

Izogamia u pierwotniaków

Izogamia występuje w jednokomórkowych grupach wiciowców. Te orzęsione organizmy ustanawiają cytoplazmatyczne połączenie między gametami w wyspecjalizowanych obszarach błony komórkowej.

Urzęsione grupy mają dwa jądra, makrojądro i mikrojądro. Makrojądro to forma somatyczna. Diploidalne mikrojądro dzieli się przez mejozę i tworzy gametę.

Jądra haploidalne są wymieniane przez mostek cytoplazmatyczny. Następnie następuje odbudowa cytoplazmy każdej komórki, która odzyskuje autonomię. Ten proces jest wyjątkowy u eukariontów.

W Euplotes wytwarzane są określone feromony każdego typu genetycznego. Komórki zatrzymują wzrost somatyczny, gdy wykryją feromon o różnym składzie genetycznym.

W przypadku gatunków Dileptus cząsteczki rozpoznające są prezentowane na powierzchni komórki. Zgodne gamety są wiązane przez białka adhezyjne w rzęskach.

W Pantofelek substancje rozpoznawcze są wytwarzane między kompatybilnymi gametami. Substancje te sprzyjają zjednoczeniu komórek płciowych, a także ich przyleganiu i późniejszej fuzji.

Konsekwencje ekologiczne i ewolucyjne

Symetryczna inwestycja rodziców

W biologii ewolucyjnej jednym z najczęściej dyskutowanych tematów, kiedy mówimy o złożonych organizmach (takich jak ssaki), są inwestycje rodziców. Koncepcja ta została opracowana przez wybitnego biologa Sir Ronalda Fishera w jego książce „Genetyczna teoria doboru naturalnego” i obejmuje wydatki rodziców na dobro młodych.

Równość w gametach oznacza, że ​​inwestycja rodziców będzie symetryczna dla obu organizmów zaangażowanych w zdarzenie reprodukcyjne.

W przeciwieństwie do systemu anizogamii, w którym inwestycje rodziców są asymetryczne, a to żeńska gameta dostarcza większość niegenetycznych zasobów (składników odżywczych itp.) Do rozwoju zygoty. Wraz z ewolucją systemów wykazujących dymorfizm w swoich gametach, asymetria rozwinęła się również w organizmach rodzicielskich.

Ewolucja

Zgodnie z dowodami i wzorcami reprodukcji, które znajdujemy u współczesnych gatunków, logiczne wydaje się rozważenie izogamii jako stanu przodków, pojawiającego się na pierwszych etapach rozmnażania płciowego.

W kilku liniach organizmów wielokomórkowych, takich jak rośliny i zwierzęta, niezależnie wyewoluował zróżnicowany system rozmnażania, w którym samice są duże i nieruchome, a męskie są małe i mają zdolność poruszania się do zalążka.

Chociaż dokładne trajektorie zmiany od stanu izogamicznego do anizogamicznego nie są znane, sformułowano kilka teorii.

Teoria 1

Jeden z nich wskazuje na możliwy kompromis między rozmiarem gamet a ich liczbą. Zgodnie z tym argumentem źródłem anizogamii jest ewolucyjnie stabilna strategia spowodowana destrukcyjną selekcją w poszukiwaniu wydajności i przetrwania zygoty.

Teoria 2

Inna teoria próbuje wyjaśnić to zjawisko jako sposób kompensacji unieruchomionej komórki (komórki jajowej) z wieloma komórkami zdolnymi do poruszania się (plemnikami).

Teoria 3

Trzeci pogląd wyjaśnia generowanie anizogamii jako cechę adaptacyjną pozwalającą uniknąć konfliktów między jądrem a cytoplazmą z powodu jednorodnego dziedziczenia organelli.

Bibliografia

1. Hadjivasiliou Z i A Pomiankowski (2016) Sygnalizacja przez gamety leży u podstaw ewolucji typów kojarzeń i ich liczby. Phil. Trans. R. Soc. B 371: 1-12.
2. Lehtonen J, H Kokko i GA Parker (2016) Czego organizmy izogamiczne uczą nas o seksie i obu płciach? Trans. R. Soc. B 371: 20150532.
3. Ni M, M Fererzaki, S Sun, X Wang i J Heitman (2011) Seks w grzybach. Annu. Rev. Genet. 45: 405-430.
4. Togashia T, JL Bartelt, J Yoshimura, K Tainakae i PA Cox (2012) Ewolucyjne trajektorie wyjaśniają zróżnicowaną ewolucję izogamii i anizogamii w morskich algach zielonych. Proc Natl Acad Sci 109: 13692–13697.
5. Tsuchikane Y. M Tsuchiya, F Hinka, H Nozaki i H Sekimoto (2012) Tworzenie zygospor między homotalicznymi i heterotalicznymi szczepami Closterium. Sex Plant Reprod 25: 1-9.