ИЗОГАМИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВИДЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Изогамии является репродуктивной системы растений , где гаметы морфологически сходны. Сходство происходит по форме и размеру, и мужские и женские половые клетки невозможно различить. Эта репродуктивная система считается наследственной. Встречается в разных группах водорослей, грибов и простейших.

Гаметы, участвующие в изогамии, могут быть подвижными (реснитчатыми) или нет. Объединение одного и того же происходит путем спряжения. Недифференцированные половые клетки сливаются и обмениваются генетическим материалом.

Изогамии. По материалам М. Пипенбринга, через Wikimedia Commons

Изогамия может быть гомотальной или гетеротальной. Он гомотален, когда происходит слияние гамет с одинаковым геномом. При гетеротальной изогамии гаметы имеют различный генетический состав.

характеристики

Источник: М. Пипенбринг.

Размножение по изогамии происходит спряжением. При этом содержимое одной ячейки перемещается в другую и происходит слияние.

Вовлечены процессы каригами (слияние ядер) и плазмогамии (слияние цитоплазмы). Дифференцировка соматических клеток в половые может быть связана с условиями окружающей среды. Также может влиять взаимодействие с другими особями того же вида.

После дифференцировки гаметы должны найти и распознать другие половые клетки. В группах, где происходит изогамия, распознавание и слияние гамет происходит по-разному.

Половые клетки могут быть жгутиковыми или неподвижными. В некоторых случаях они большие, как у некоторых зеленых водорослей.

Типы

Существует два типа изогамии, связанных с генетическим составом гамет.

Гомоталическая изогамия

Гамета индивидуума конъюгирована с другой из той же клональной группы. В этом случае считается происходящим самооплодотворение.

Все ядра имеют один и тот же генотип и не взаимодействуют с разными генотипами. Соматические клетки дифференцируются непосредственно в половые клетки.

Гаметы образуются в клональных популяциях, а позже происходит слияние с образованием зиготы.

Гетеротальная изогамия

Гаметы производятся у разных людей, которые имеют разный генетический состав.

Для слияния гаметы должны обладать генетической совместимостью. Обычно образуются два типа гамет. «Плюс» и «минус», которые совместимы друг с другом.

Гаметангиальная клетка (производящая гамету) одного типа образует пару с клеткой другого типа. Они распознаются через химические коммуникации, которые в некоторых случаях связаны с производством феромонов.

Организмы с изогамными гаметами

Состояние изогамии, по-видимому, преобладает у одноклеточных организмов, в то время как анизогамия почти универсальна для многоклеточных эукариот. В большинстве эукариотических линий одноклеточных организмов гаметы равны по размеру, и мы не делаем различий между самцами и самками.

Модельные организмы

У эукариот имеется значительное количество видов с изогамными гаметами. Однако мы упомянем только те роды, которые постоянно появляются в биологической литературе, хотя их гораздо больше.

Хорошо известная социальная амеба вида Dictyostelium discoideum, обычные дрожжи, которые мы используем для приготовления пищи Saccharomyces cerevisiae, и простейший паразит, вызывающий сонную болезнь, Trypanosoma brucei - все это примеры организмов с идентичными гаметами.

У зеленых водорослей изогамия - обычное явление. Фактически, у этих организмов существует два типа изогамии.

Некоторые виды производят гаметы относительно среднего размера с фототаксической системой, представленной глазным пятном. У других видов такие же гаметы, но гораздо меньшего размера, чем в предыдущем случае. Также у них отсутствует глазное пятно.

Исключения из правила

Однако невозможно сделать такое радикальное наблюдение и ограничить изогамные гаметы одноклеточными линиями, а анизогамию - многоклеточными существами.

Действительно, растения представляют собой некоторые исключения из этого правила, поскольку роды колониальных зеленых водорослей, такие как Pandorina, Volvulina и Yamagishiella, представляют собой состояние изогамии.

Есть также исключения в обратном направлении, поскольку есть одноклеточные организмы, такие как зеленые водоросли отряда Bryopsidales, которые представляют разные гаметы.

Изогамия в водорослях

У водорослей наблюдали наличие двух типов половых клеток, связанных с изогамией.

В некоторых группах гаметы среднего размера и имеют механизмы фототаксиса. Есть глазное пятно, которое стимулируется светом.

Обычно они связаны с наличием хлоропластов и способностью накапливать резервные вещества. В других случаях гаметы очень маленькие и не имеют глазного пятна.

Половое размножение у изогамных водорослей происходит по-другому.

СЫатуйотопаз

Это группа одноклеточных зеленых водорослей с двумя жгутиками. Он представляет собой гетероталическую изогамию. Гомотальная изогамия может иметь место у некоторых видов.

Гаплоидные вегетативные клетки дифференцируются в половые клетки при увеличении азотных условий в среде. Есть два типа гамет с разными генетическими дополнениями.

Гаметы производят агглютинины (молекулы адгезии), которые способствуют прикреплению жгутиков. После слияния две гаметы предоставляют генетическую информацию, необходимую для развития эмбриона.

Closterium

Эти водоросли относятся к подразделению Charyophyta. Они одноклеточные. Они представляют гомоталическую и гетеротальную изогамию.

Гаметы не подвижны. В этом случае при зарождении половых клеток образуется сосочек конъюгации. Цитоплазмы высвобождаются путем разрушения клеточной стенки.

Позже происходит слияние протоплазм обеих гамет и образуется зигота. Считается, что в гетероталической изогамии происходит химическое притяжение между различными генетическими типами.

Бурые водоросли

Это многоклеточные организмы с жгутиковидными изогамными гаметами. Другие группы размножаются по анизогамии или оогамии.

Гаметы морфологически одинаковы, но ведут себя по-разному. Есть виды, у которых женский тип выделяет феромоны, привлекающие мужской тип.

В других случаях гамета одного типа перемещается на короткое время. Затем проглотите жгутик и высвободите феромоны. Другой тип движется дольше и имеет рецептор для сигнала феромона.

Изогамия у грибов

Происходит изогамия как гомоталического, так и гетеротального типов. В большинстве случаев распознавание гамет связано с производством феромонов.

Дрожжи

В нескольких одноклеточных группах, таких как Saccharomyces, гаметы дифференцируются в ответ на изменение состава питательной среды. При определенных условиях, например при низком уровне азота, соматические клетки делятся посредством мейоза.

Гаметы с различным генетическим составом распознаются по сигналам феромонов. Клетки образуют выступы в сторону источника феромонов и соединяются своими вершинами. Ядра обеих гамет мигрируют, пока не сливаются и не образуют диплоидную клетку (зиготу).

Нитчатые грибы

Это многоклеточные организмы. В основном они представляют собой гетероталлические системы. В процессе полового развития они образуют донорскую (мужскую) и рецептивную (женскую) структуры.

Слияние клеток может происходить между гифой и более специализированной клеткой или между двумя гифами. Вхождение донорского ядра (самца) в гифу стимулирует развитие плодового тела.

Ядра сливаются не сразу. Плодовое тело образует дикариотическую структуру с ядрами различного генетического состава. Впоследствии ядра сливаются и делятся посредством мейоза.

Изогамия у простейших

Изогамия происходит в группах жгутиковых одноклеточных. Эти реснитчатые организмы устанавливают цитоплазматическую связь между гаметами в специализированных областях плазматической мембраны.

Ресничные группы имеют два ядра, макронуклеус и микроядро. Макронуклеус - соматическая форма. Диплоидное микроядро делится мейозом и образует гамету.

Гаплоидные ядра обмениваются цитоплазматическим мостиком. Впоследствии цитоплазма каждой клетки восстанавливается, и они вновь обретают автономию. Этот процесс уникален для эукариот.

У Euplotes продуцируются определенные феромоны каждого генетического типа. Клетки останавливают соматический рост, когда обнаруживают феромон с другим генетическим составом.

У видов Dileptus распознающие молекулы представлены на поверхности клетки. Совместимые гаметы связаны белками адгезии в ресничках.

В Paramecium распознающие вещества производятся между совместимыми гаметами. Эти вещества способствуют слиянию половых клеток, а также их адгезии и последующему слиянию.

Экологические и эволюционные последствия

Симметричные родительские вложения

В эволюционной биологии одна из наиболее обсуждаемых тем, когда мы говорим о сложных организмах (например, млекопитающих), - это вклад родителей. Эта концепция была разработана выдающимся биологом сэром Рональдом Фишером в его книге «Генетическая теория естественного отбора» и включает в себя расходы родителей на благополучие молодых.

Равенство в гаметах подразумевает, что родительские инвестиции будут симметричными для обоих организмов, участвующих в репродуктивном процессе.

В отличие от системы анизогамии, где родительские инвестиции асимметричны, и именно женская гамета обеспечивает большую часть негенетических ресурсов (питательных веществ и т. Д.) Для развития зиготы. С развитием систем, которые представляют диморфизм в своих гаметах, асимметрия также развивалась в родительских организмах.

эволюция

Согласно свидетельствам и моделям воспроизводства, которые мы находим у современных видов, кажется логичным рассматривать изогамию как наследственное состояние, проявляющееся на первых этапах полового размножения.

В нескольких линиях многоклеточных организмов, таких как растения и животные, независимо развилась дифференциальная система воспроизводства, в которой женские гаметы большие и неподвижные, а мужские маленькие и имеют способность перемещаться к семяпочкам.

Хотя точные траектории перехода от изогамного состояния к анизогамному не известны, было сформулировано несколько теорий.

Теория 1

Один из них подчеркивает возможный компромисс между размером гамет и их количеством. Согласно этому аргументу, происхождение анизогамии - это эволюционно стабильная стратегия, вызванная разрушительным отбором в поисках эффективности и выживания зиготы.

Теория 2

Другая теория пытается объяснить это явление как способ компенсации неподвижной клетки (яйцеклетки) множеством клеток, способных двигаться (сперматозоиды).

Теория 3

Третья точка зрения объясняет возникновение анизогамии как адаптивную характеристику, позволяющую избежать конфликтов между ядром и цитоплазмой из-за монородительского наследования органелл.

Ссылки

1. Hadjivasiliou Z и A Pomiankowski (2016) Передача сигналов гамет лежит в основе эволюции типов спаривания и их количества. Фил. Сделка Р. Соц. B 371: 1-12.
2. Lehtonen J, H Kokko, and GA Parker (2016) Чему изогамные организмы учат нас о сексе и двух полах? Сделка R. Soc.B 371: 20150532.
3. Ni M, M Fererzaki, S Sun, X Wang и J Heitman (2011) Секс в грибах. Annu. Преподобный Жене. 45: 405-430.
4. Togashia T., JL Bartelt, J Yoshimura, K Tainakae и PA Cox (2012) Эволюционные траектории объясняют разнообразную эволюцию изогамии и анизогамии у морских зеленых водорослей. Proc Natl Acad Sci 109: 13692-13697.
5. Цучикане Ю. М. Цучия, Ф. Хинка, Х. Нозаки и Х. Секимото (2012) Образование зигоспор между гомоталлическими и гетероталлическими штаммами Closterium. Репродукция полового растения 25: 1-9.