Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Жизненный цикл комара . Взрослый особь (имаго) откладывает яйца, которые развиваются в несколько стадий до взрослого состояния. Воспроизведение завершает и увековечивает цикл.
Жизненный цикл одноклеточного паразита Бабезии .

В биологии , А биологический жизненный цикл (или просто жизненный цикл или жизненный цикл , когда биологический контекст ясно) представляет собой ряд изменений в форме , что организм подвергается, возвращаясь в исходное состояние. «Эта концепция тесно связана с концепцией истории жизни, развития и онтогенеза , но отличается от них тем, что подчеркивает обновление». [1] [2] Изменения формы могут включать рост, бесполое или половое размножение .

У некоторых организмов разные «поколения» видов сменяют друг друга в течение жизненного цикла. У растений и многих водорослей есть две многоклеточные стадии, и жизненный цикл называется сменой поколений . Термин « история жизни» часто используется, особенно для таких организмов, как красные водоросли, у которых есть три многоклеточные стадии (или более), а не две. [3]

Жизненные циклы, включающие половое размножение, включают чередование гаплоидной ( n ) и диплоидной (2 n ) стадий, т. Е. Происходит изменение плоидности . Чтобы вернуться из диплоидной стадии в гаплоидную, должен произойти мейоз . Что касается изменения плоидности , различают 3 типа циклов:

  • гаплонтический жизненный цикл - гаплоидная стадия многоклеточная, а диплоидная стадия - одиночная клетка, мейоз «зиготический».
  • диплонтический жизненный цикл - диплоидная стадия многоклеточная и образуются гаплоидные гаметы , мейоз «гаметический».
  • гаплодиплонический жизненный цикл (также называемый диплогаплонтическим , диплобионтическим или дибионтическим жизненным циклом) - возникают многоклеточные диплоидные и гаплоидные стадии, мейоз носит «споровой» характер.

Циклы различаются тем, когда происходит митоз (рост). Зиготический мейоз и гаметы мейоз имеют одну митотической этап: митоз происходит в течение п фазы в зиготическом мейозе и в течение 2 н фазы в гаметах мейоза. Следовательно, зиготический и гаметический мейоз собирательно называют «гаплобионтическим» (единичная митотическая фаза, не путать с гаплонической). С другой стороны, у спорового мейоза есть митоз, состоящий из двух стадий, диплоидной и гаплоидной стадий, называемых «диплобионическим» (не путать с диплоидным).

Открытие [ править ]

Изучением воспроизводства и развития организмов занимались многие ботаники и зоологи.

Вильгельм Хофмайстер продемонстрировал, что смена поколений - это свойство, объединяющее растения, и опубликовал этот результат в 1851 году (см. « Сексуальность растений» ).

Некоторые термины (гаплобионт и диплобионт), используемые для описания жизненных циклов, были первоначально предложены для водорослей Нильсом Сведелиусом, а затем стали использоваться для других организмов. [4] [5] Другие термины (автогамия и гамонтогамия), используемые в жизненных циклах протистов, были введены Карлом Готлибом Греллем. [6] Описание сложных жизненных циклов различных организмов способствовало опровержению идей самозарождения в 1840-х и 1850-х годах. [7]

Гаплонтический жизненный цикл [ править ]

Зиготический мейоз

Зиготический мейоз является мейозом из зиготы сразу после кариогамии , который является слиянием двух клеточных ядер . Таким образом, организм завершает свою диплоидную фазу и производит несколько гаплоидных клеток. Эти клетки митотически делятся с образованием либо более крупных многоклеточных особей, либо более гаплоидных клеток. Два противоположных типа гамет (например, мужская и женская) этих особей или клеток сливаются, образуя зиготу.

Во всем цикле зиготы - единственная диплоидная клетка; митоз происходит только в гаплоидной фазе.

Индивиды или клетки в результате митоза являются гаплонтами, поэтому этот жизненный цикл также называется гаплонтическим жизненным циклом. Гаплонты бывают:

  • У archaeplastidans : некоторые зеленые водоросли (например, Chlamydomonas , Zygnema , Chara ) [8]
  • В страменопилах : золотые водоросли [8]
  • В альвеолятах : многие динофлагелляты , например, Ceratium, Gymnodinium, некоторые апикомплексы (например, Plasmodium ) [9]
  • У ризарий : некоторые эвглифиды , [10] аскетоспорцы.
  • В раскопках : некоторые парабазалиды [11]
  • У амебозойных : Dictyostelium [8].
  • В опистоконтах : большинство грибов (некоторые хитриды , зигомицеты , некоторые аскомицеты , базидиомицеты ) [8] [12] : 15

Дипломированный жизненный цикл [ править ]

Гаметический мейоз

В гаметном мейозе вместо немедленного мейотического деления с образованием гаплоидных клеток зигота митотически делится с образованием многоклеточного диплоидного индивидуума или группы более одноклеточных диплоидных клеток. Затем клетки диплоидных особей подвергаются мейозу с образованием гаплоидных клеток или гамет . Гаплоидные клетки могут снова делиться (митозом) с образованием большего количества гаплоидных клеток, как у многих дрожжей, но гаплоидная фаза не является преобладающей фазой жизненного цикла. У большинства дипломатов митоз происходит только в диплоидной фазе, т.е. гаметы обычно образуются быстро и сливаются с образованием диплоидных зигот.

Во всем цикле гаметы обычно являются единственными гаплоидными клетками, а митоз обычно происходит только в диплоидной фазе.

Диплоидная многоклеточная особь - это дипломат, поэтому гаметический мейоз также называют дипломатическим жизненным циклом. Дипломы бывают:

  • У archaeplastidans : некоторые зеленые водоросли (например, Cladophora glomerata , [13] Acetabularia [8] ).
  • У страменопилов : некоторые коричневые водоросли ( однако у Fucales их жизненный цикл также можно интерпретировать как сильно гетероморфно-диплогаплонтический, с сильно восстановленной фазой гаметофитов, как у цветковых растений ) [12] : 207 некоторые ксантофиты (например, Vaucheria ), [12] : 124 большинство диатомовых водорослей , [11] некоторые оомицеты (например, Saprolegnia , Plasmopara viticola ), [8] опалины , [11] некоторые « гелиозоиды»"(например, Actinophrys , Actinosphaerium ) [11] [14]
  • В альвеолах : инфузории [11]
  • В раскопках : некоторые парабазалиды [11]
  • В заднежгутиковых : животных , некоторые грибы (например, некоторые дрожжевые грибки ) [8]

Гаплодиплонтический жизненный цикл [ править ]

Споровой мейоз
Основная статья: Смена поколений

В споровом мейозе (также широко известном как промежуточный мейоз) зигота митотически делится с образованием многоклеточного диплоидного спорофита . Спорофит создает спор через мейоз , которые также затем делятся митозом продуцирующих гаплоидных особей называют гаметофиты . Гаметофиты производят гаметы путем митоза. У некоторых растений гаметофит не только мелкий, но и недолговечный; у других растений и многих водорослей гаметофит является «доминирующей» стадией жизненного цикла.

Гаплодипонты бывают:

  • У archaeplastidans : красные водоросли (у которых есть два поколения спорофитов), некоторые зеленые водоросли (например, Ulva ), наземные растения [8]
  • В страменопиле : большинство бурых водорослей [8]
  • У ризарий : много фораминифер , [11] плазмодиофоромицетов [8]
  • В амёбозои : myxogastrids
  • В опистоконтах : некоторые грибы (некоторые хитриды , некоторые аскомицеты, например пивные дрожжи ) [8]
  • Другие эукариоты: гаптофиты [11]

У некоторых животных есть система определения пола, называемая гаплодиплоидом , но она не связана с гаплодиплоидным жизненным циклом.

Вегетативный мейоз [ править ]

Некоторые красные водоросли (такие как Bonnemaisonia [15] и Lemanea ) и зеленые водоросли (такие как Prasiola ) имеют вегетативный мейоз, также называемый соматическим мейозом, что является редким явлением. [12] : 82 Вегетативный мейоз может происходить как в гаплодипонтическом, так и в дипломатическом жизненных циклах. Гаметофиты остаются прикрепленными к спорофиту и являются его частью. Вегетативные (не репродуктивные) диплоидные клетки подвергаются мейозу, образуя вегетативные гаплоидные клетки. Они проходят множество митозов и продуцируют гаметы.

Другое явление, называемое вегетативной диплоидизацией, тип апомиксиса , наблюдается у некоторых бурых водорослей (например, Elachista stellaris ). [16] Клетки в гаплоидной части растения спонтанно дублируют свои хромосомы с образованием диплоидной ткани.

Паразитический жизненный цикл [ править ]

Паразиты зависят от эксплуатации одного или нескольких хозяев . Считается, что те, которые должны инфицировать более одного вида хозяев для завершения своих жизненных циклов, имеют сложные или непрямые жизненные циклы, тогда как те, которые заражают один вид, имеют прямые жизненные циклы.

Если паразиту необходимо заразить данный хозяин, чтобы завершить свой жизненный цикл, то он считается облигатным паразитом этого хозяина; иногда заражение носит факультативный характер - паразит может выжить и завершить свой жизненный цикл, не заразив этот конкретный вид хозяина. Иногда паразиты заражают хозяев, у которых они не могут завершить свой жизненный цикл; это случайные хозяева.

Хозяин, в котором паразиты размножаются половым путем, известен как окончательный, конечный или основной хозяин. У промежуточных хозяев паразиты либо не размножаются, либо размножаются бесполым путем, но паразит всегда развивается до новой стадии у этого типа хозяина. В некоторых случаях паразит заражает хозяина, но не претерпевает никакого развития, эти хозяева известны как паратенические [17] или транспортные хозяева. Паратенический хозяин может быть полезен для повышения шансов передачи паразита окончательному хозяину. Например, кошачий легочный червь ( Aelurostrongylus abstrusus) в качестве промежуточного хозяина использует слизня или улитку; личинка первой стадии попадает в моллюска и развивается до личинки третьей стадии, которая заразна для окончательного хозяина - кошки. Если мышь съест слизня, личинка третьей стадии войдет в ткани мыши, но не будет развиваться.

Жизненный цикл апикомплексана , бабезия

Эволюция [ править ]

У примитивного типа жизненного цикла, вероятно, были гаплоидные особи с бесполым размножением. [11] Бактерии и археи демонстрируют такой жизненный цикл, как и некоторые эукариоты, очевидно, тоже (например, Cryptophyta , Choanoflagellata , многие Euglenozoa , многие Amoebozoa , некоторые красные водоросли, некоторые зеленые водоросли , несовершенные грибы , некоторые коловратки и многие другие группы. , не обязательно гаплоидный). [18] Однако эти эукариоты, вероятно, не являются примитивно бесполыми, но утратили половое размножение, или этого просто еще не наблюдали. [19] [20]Многие эукариоты (включая животных и растения) демонстрируют бесполое размножение , которое может быть факультативным или обязательным в жизненном цикле, причем половое размножение происходит более или менее часто. [21]

См. Также [ править ]

  • Смена поколений  - Репродуктивный цикл растений и водорослей
  • Апомиксис  - Замена нормального полового размножения бесполым размножением без оплодотворения.
  • Гаплодиплоидия  - биологическая система, в которой пол определяется количеством наборов хромосом.
  • Парасексуальный цикл  - Несексуальный механизм передачи генетического материала без мейоза
  • Партеногенез  - естественная форма бесполого размножения, при которой рост и развитие эмбрионов происходит без оплодотворения.
  • Репродуктивная биология  - раздел биологии, изучающий репродукцию.
  • Митотическая рекомбинация

Ссылки [ править ]

  1. ^ Graham Bell & Vassiliki Koufopanou (1991). «Архитектура жизненного цикла малых организмов». Философские труды: биологические науки . 332 (1262): 81–89. DOI : 10.1098 / rstb.1991.0035 . JSTOR  55494 .
  2. ^ Родригес, Джулиани Кола Фернандес; Годиньо, Хосеана Лима Прадо; де Соуза, Вандерли (2014). "Биология патогенных трипаносоматид человека: эпидемиология, жизненный цикл и ультраструктура". Белки и протеомика лейшмании и трипаносомы . Субклеточная биохимия. Springer Нидерланды. 74 : 1–42. DOI : 10.1007 / 978-94-007-7305-9_1 . ISBN 978-94-007-7304-2. PMID  24264239 .
  3. ^ Диксон, PS 1973. Биология родофитов. Оливер и Бойд. ISBN 0 05 002485 X 
  4. ^ С. Skottsberg (1961), "Nils Eberhard Svedelius 1873-1960.", Биографические Мемуары членов Королевского общества , 7 : 294-312, DOI : 10.1098 / rsbm.1961.0023
  5. ^ Svedelius, Н. 1931. Ядерные фазы и чередование в Rhodophyceae. В: Beihefte zum Botanischen Centralblatt. Группа 48/1: 38-59.
  6. ^ Л. Маргулис (1996), «Архейно-эубактериальные слияния в происхождении Eukarya: филогенетическая классификация жизни», PNAS , 93 (3): 1071–1076, DOI : 10.1073 / pnas.93.3.1071 , PMC 40032 , PMID 8577716  
  7. ^ Moselio Шехтер (2009). Энциклопедия микробиологии . Академическая пресса. Том 4, с. 85.
  8. ^ a b c d e f g h i j k Диас Гонсалес, TE, К. Фернандес-Карвахаль Альварес и Х.А. Фернандес Прието. (2004). Curso de Botánica . Хихон: Треа. Интернет-материал: Botánica: Ciclos biológicos de Vegetales (Жизненные циклы растений, на испанском языке). Departamento de Biología de Organismos y Sistemas, Universidad de Oviedo.
  9. ^ Sinden, RE; Хартли, Р. Х. «Идентификация мейотического отдела малярийных паразитов». Журнал протозоологии .
  10. ^ Лар DJ, Parfrey LW, Mitchell Е.А., Katz Л.А., Лара E (июль 2011). «Целомудрие амеб: переоценка доказательств секса у амебоидных организмов» . Proc. Биол. Sci . 278 (1715): 2083–6. DOI : 10.1098 / rspb.2011.0289 . PMC 3107637 . PMID 21429931 .  
  11. ^ a b c d e f g h i Рупперт, Э. Э., Фокс, Р. С. и Барнс, Р. Д. (2004). Зоология беспозвоночных: функциональный эволюционный подход . Бельмонт, Калифорния: Томас-Брукс / Коул, стр. 26.
  12. ^ а б в г ван ден Хук, К., Д. Г. Манн и Х. М. Янс (1995). Водоросли: введение в психологию . Издательство Кембриджского университета (623 стр.).
  13. ^ OP Шарма. Учебник водорослей, стр. 189
  14. ^ Белл, Г. (1989). Секс и смерть у простейших . Издательство Кембриджского университета, стр. 11, [1] .
  15. ↑ Сальвадор Солер, Ноэми; Гомес Гаррета, Амелия; Антония Рибера Сигуан, М. (1 августа 2009 г.). «Соматический мейоз в истории жизни Bonnemaisonia asparagoides и Bonnemaisonia clavata (Bonnemaisoniales, Rhodophyta) с Пиренейского полуострова». Европейский журнал психологии . 44 (3): 381–393. DOI : 10.1080 / 09670260902780782 .
  16. ^ Льюис, RJ (1996). «Хромосомы бурых водорослей». Phycologia . 35 (1): 19–40. DOI : 10.2216 / i0031-8884-35-1-19.1 .
  17. ^ Шмидт и Робертс. 1985. Основы паразитологии 3-е изд. Times Mirror / Mosby College Publishing
  18. ^ Heywood, P .; Маги, PT (1976). «Мейоз у протистов. Некоторые структурные и физиологические аспекты мейоза у водорослей, грибов и простейших» . Бактериологические обзоры . 40 (1): 190–240. DOI : 10.1128 / mmbr.40.1.190-240.1976 . PMC 413949 . PMID 773364 .  
  19. ^ Shehre-Banoo Малик; Артур У. Пайтлинг; Лорен М. Стефаниак; Эндрю М. Шурко и Джон М. Логсдон-младший (2008). «Расширенный перечень консервативных мейотических генов предоставляет доказательства секса у Trichomonas vaginalis » . PLoS ONE . 3 (8): e2879. Bibcode : 2008PLoSO ... 3,2879M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0002879 . PMC 2488364 . PMID 18663385 .  
  20. ^ Speijer, D .; Lukeš, J .; Элиаш, М. (2015). «Секс - это вездесущий, древний и неотъемлемый атрибут эукариотической жизни» . PNAS . 112 (29): 8827–8834. DOI : 10.1073 / pnas.1501725112 . PMC 4517231 . PMID 26195746 .  
  21. ^ Schön, I .; Martens, K .; ван Дейк, П. (2009). Потерянный секс: эволюционная биология партеногенеза . Springer. ISBN 9789048127702.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Жизненные циклы: размышления эволюционного биолога. Джон Тайлер Боннер. Princeton University Press, Принстон (Нью-Джерси).
  • Валеро, М. (1992). «Эволюция чередования гаплоидной и диплоидной фаз в жизненных циклах». Тенденции в экологии и эволюции . 7 (1): 25–29. DOI : 10.1016 / 0169-5347 (92) 90195-час . PMID  21235940 .
  • Mable, B .; Отто, С. (1998). «Эволюция жизненных циклов с гаплоидной и диплоидной фазой» (PDF) . BioEssays . 20 (6): 453–462. DOI : 10.1002 / (sici) 1521-1878 (199806) 20: 6 <453 :: aid-bies3> 3.0.co; 2-н .