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 делает упор на 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 (или более) многоклеточные стадии, 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 гаплонтическим). С другой стороны, у спорового мейоза есть митоз, состоящий из двух стадий, диплоидной и гаплоидной стадий, которые называются «диплобионическими» (не путать с дипломатическими).
Открытие
Изучением размножения 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 простейших, 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
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, мужские и женские) этих особей или клеток сливаются в 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 apicomplexans (например, Plasmodium ) [9]
- У ризарий : некоторые эвглифиды , [10] аскетоспорейцы.
- 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
При 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 бурые 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 альвеолиях : инфузории [11]
- В раскопках : некоторые парабазалиды [11]
- В заднежгутиковых : животных , некоторые грибы (например, некоторые дрожжевые грибки ) [8]
Гаплодипонтический жизненный цикл
В споровом мейозе (также 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.
Гаплодиплонты бывают:
- У archaeplastidans : красные водоросли (у которых есть два поколения спорофитов), некоторые зеленые водоросли (например, Ulva ), наземные растения [8]
- В страменопилах : большинство бурых водорослей [8]
- У ризарий : много фораминифер , [11] плазмодиофоромицетов [8]
- В амёбозои : myxogastrids
- В опистоконтах : некоторые грибы (некоторые хитриды , некоторые аскомицеты, такие как 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
Некоторые красные водоросли (такие как Bonnemaisonia [15] и Lemanea ) и зеленые водоросли (например, 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 производят 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
Паразиты зависят от эксплуатации одного или нескольких хозяев . Говорят, что те, которые должны заразить более одного вида хозяев для завершения своих жизненных циклов, имеют сложные или непрямые жизненные циклы. Сердечные черви , или глисты, имеют косвенный жизненный цикл, например. Микрофилярий сначала должен быть заглатывании женского москита , где он развивается в инфекционном личиночной стадии. Затем комар кусает животное и передает инфекционные личинки животному, где они мигрируют в легочную артерию и созревают во взрослых особей. [17]
Те паразиты, которые заражают один вид, имеют прямой жизненный цикл. Примером паразита с прямым жизненным циклом является Ancylostoma caninum или анкилостомоз. В окружающей среде они развиваются до инфекционной личиночной стадии, затем напрямую проникают через кожу собаки и созревают до взрослых особей в тонком кишечнике . [18]
Если паразиту необходимо заразить данного хозяина, чтобы завершить его жизненный цикл, то он считается облигатным паразитом этого хозяина; иногда инфекция 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 у этого типа хозяев паразит всегда развивается до новой стадии. В некоторых случаях паразит заражает хозяина, но не развивается, эти хозяева известны как паратенические [19] или транспортные хозяева. Паратенический хозяин может быть полезен для повышения шансов передачи паразита окончательному хозяину. Например, легочный червь кошачий ( Aelurostrongylus abstrusus ) использует слизняк или улитку в качестве промежуточного хозяина; 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.
Эволюция
Примитивный тип жизненного цикла, вероятно, имел гаплоидных особей 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). [20] Однако эти эукариоты, вероятно, не являются примитивно бесполыми, но утратили половое размножение, или этого просто еще не наблюдали. [21] [22] Многие эукариоты (включая животных и растения) демонстрируют бесполое размножение , которое может быть факультативным или обязательным в жизненном цикле, при этом половое размножение происходит более или менее часто. [23]
Смотрите также
- 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
Рекомендации
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Диксон, PS 1973. Биология родофитов. Оливер и Бойд. ISBN 0 05 002485 X
- ^ С. Skottsberg (1961), "Nils Eberhard Svedelius 1873-1960.", Биографические Мемуары членов Королевского общества , 7 : 294-312, DOI : 10.1098 / rsbm.1961.0023
- ^ Svedelius, N. 1931. Ядерные фазы и чередование в Rhodophyceae. В: Beihefte zum Botanischen Centralblatt. Группа 48/1: 38-59.
- ^ 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
- ^ Moselio Шехтер (2009). Энциклопедия микробиологии . Академическая пресса. Том 4, с. 85.
- ^ 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, Университет Овьедо.
- ^ Sinden, RE; Хартли, Р. Х. «Идентификация мейотического отдела малярийных паразитов». Журнал протозоологии .
- ^ Лар DJ, Парфри Л.В., Митчелл Э.А., Кац Л.А., Лара Э. (июль 2011 г.). «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 .
- ^ 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.
- ^ a b c d Ван ден Хук, К., Д. Г. Манн и Х. М. Янс (1995). Водоросли: введение в психологию . Издательство Кембриджского университета (623 стр.).
- ^ OP Шарма. Учебник водорослей, стр. 189
- ^ Белл, Г. (1989). Секс и смерть у простейших . Издательство Кембриджского университета, стр. 11, [1] .
- ^ 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 .
- ^ Льюис, Р.Дж. (1996). «Хромосомы бурых водорослей». Phycologia . 35 (1): 19–40. DOI : 10.2216 / i0031-8884-35-1-19.1 .
- ^ "ВетФолио" . www.vetfolio.com . Проверено 18 мая 20 .
- ^ «Анкилостомы - обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 18 мая 20 .
- ^ Шмидт и Робертс. 1985. Основы паразитологии 3-е изд. Times Mirror / Mosby College Publishing
- ^ 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 .
- ^ Шехре-Бану Малик; Артур У. Пайтлинг; Лорен М. Стефаниак; Эндрю М. Шурко и Джон М. Логсдон-младший (2008). «Расширенный перечень сохраненных 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 .
- ^ 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 .
- ^ Schön, I .; Martens, K .; ван Дейк, П. (2009). Потерянный секс: эволюционная биология партеногенеза . Springer. ISBN 9789048127702.
дальнейшее чтение
- 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 фазами» (PDF) . BioEssays . 20 (6): 453–462. DOI : 10.1002 / (sici) 1521-1878 (199806) 20: 6 <453 :: aid-bies3> 3.0.co; 2-н .