Brązowe glony nie potwierdzają ekologicznej hipotezy o naprzemiennych etapach haploidalnych i diploidalnych • Alexey Opayev • Wiadomości naukowe o "elementach" • Algologia, ekologia, ewolucja

Brązowe glony nie potwierdzają ekologicznej hipotezy o naprzemienności stad haploidalnych i diploidalnych.

Ryc. 1. A – haploidalne glony gametofitów z rodzaju Ectocarpus na thallusie glonów Scytosiphon lomentaria. In – Diploidalne sporofity tych glonów w formie nalotu na kamień. Rysunek z omawianego artykułu wEwolucja

Chociaż w większości organizmów haploidalny etap cyklu życiowego jest zredukowany do gamet, niektóre niższe rośliny mogą zmieniać się między haploidalnym i diploidalnym stopniem o porównywalnym czasie trwania i złożoności morfologicznej. Przyczyny tych cech i ich korzyści dla ciała są nadal niejasne. Jedną z popularnych hipotez wyjaśniających tę zmianę jest "ekologiczny": różne morfologicznie gametofity i sporofity zajmują różne nisze ekologiczne. Ale są też takie glony, w których gametofity i sporofity prawie nie różnią się wyglądem – interesujące było przetestowanie na nich ekologicznej hipotezy. Badanie dwóch gatunków brązowych alg z rodzaju Ectocarpus pokazał, że ta hipoteza nie jest spełniona. Chociaż w niektórych miejscach gametofity i sporofity rzeczywiście są przyczepione do różnych substratów (zajmują różne nisze), w innych miejscach różnorodne substraty charakterystyczne dla całości haploidalnych i diploidalnych faz są pokryte przez niszę ekologiczną samego sporofitu.

Podczas rozmnażania płciowego występują dwie fazy różnych ploidii: haploidalna i diploidalna. U większości zwierząt i wielu roślin (zwłaszcza wyższych) stadium haploidalne jest krótkie – w rzeczywistości wytworzyły gamety, które po fuzji tworzą dipolową zygotę. Tak więc główne życie ciała spada na fazę diploidalną. Tymczasem w niektórych roślinach niższych faza haploidalna jest porównywalna lub nawet przewyższa fazę diploidalną. Zjawisko to jest często postrzegane jako znak archaiczny, postulujący przewagę fazy diploidalnej i stopniowe zmniejszanie się przebiegu ewolucji haploidalnej. Ta zaleta jest zwykle wyjaśniona w kategoriach korzyści "genetycznych" (na przykład odporności na szkodliwe mutacje recesywne).

Jednak ostatnio wielu naukowców doszło do wniosku, że w niektórych przypadkach dane te mogą równie dobrze tłumaczyć przewagę nie diploidalnej, ale haploidalnej fazy. Co więcej, w ewolucji niektórych zielonych i brązowych glonów odnotowano zmniejszenie fazy diploidalnej. Wszystko to rzuca cień na bardzo popularną wcześniej opinię o niezbędnej przewadze życia w stanie diploidalnym – w każdym razie w odniesieniu do niższych roślin.

Niemniej jednak zjawisko to pozostaje niewyjaśnione, co sprawia, że ​​naukowcy wymyślają nowe hipotezy. We wczesnych latach 80-tych wysunięto wyjaśnienie "ekologiczne". Jego istotą jest to, że w fazie haploidalnej i diploidalnej organizm zajmuje różne nisze ekologiczne, tym samym "rozszerzając" ogólną ekologiczną przestrzeń gatunku, a zatem jego zdolności adaptacyjne i konkurencyjne. Idea ta była oparta na prostym fakcie, że wiele (ale nie wszystkie) z niższych roślin ma inną morfologię faz haploidalnych (gametofit) i diploidalnych (sporofitowych). Dlatego też sposób życia jest inny – podobnie jak nisze ekologiczne. Zbierając coraz więcej argumentów na ich korzyść, w tym od specjalistów w zakresie modelowania matematycznego, hipotezy "ekologiczne" stały się bardzo popularne.

Jak już wspomniano, hipoteza jest przeprowadzana na tych organizmach, w których fazy haploidalne i diploidalne są morfologicznie różne. Jednak dla jego weryfikacji konieczne jest zbadanie szczególnie ostrożnie organizmów, w których gametofity i sporofity są na zewnątrz podobne. Na przykład u niektórych gatunków brązowych i czerwonych alg rozróżnienie między tymi stadiami jest możliwe tylko poprzez badanie chromosomów lub DNA.I właśnie tutaj dane uzyskane w naturze są bardzo małe. Naukowcy ograniczyli się do badania populacji laboratoryjnej lub ocenili na przykład stosunek glonów haploidalnych i diploidalnych w określonym środowisku – z wcześniej zebranego materiału. Ale nawet te dane okazały się niekonsekwentne – albo popierające, albo nie "ekologiczną" hipotezę. Dlatego potrzebne były dodatkowe i bardziej szczegółowe badania terenowe.

Podobną pracę wykonała międzynarodowa grupa naukowców, którzy badali niektóre cechy dwóch rodzajów brązowych alg z rodzaju Ectocarpus: E. crouaniorum i E. siliculosus. Naukowcy szczegółowo opisali rozmieszczenie przestrzenne (mikrobiotopowe) glonów, a następnie w laboratorium określili ploidalność tej rośliny za pomocą metod genetycznych molekularnych. Prace wykonano w dwóch miejscach – w morskiej stacji biologicznej w Roscoff (Francja) oraz w rejonie Neapolu (Włochy).

W obszarze Roscoff występują brązowe algi E. crouaniorum może być przyłączony do dwóch różnych typów substratów – biotycznych i abiotycznych (ryc. 1). Stosunkowo duże glony (do 12 cm długości) są przymocowane do talii innych alg, a najczęściej inny brązowy alga, Scytosiphon lomentaria (podłoże biotyczne – algi – zachowuje się jak epifit).Mniejsze (zwykle poniżej 10 mm długości) używają abiotycznego podłoża – na przykład kamieni lub pustych skorup mięczaków (to znaczy zachowują się jak epility).

Okazało się, że gametofit rośnie głównie na podłożu biotycznym (ryc. 2, A). Co więcej, jeśli sporofit można znaleźć przez cały rok, gametofit występuje tylko w miesiącach wiosenno-letnich, kiedy znajduje się alga, "gospodarz", do którego E. crouaniorum jest załączony.

Ryc. 2 Częstotliwość występowania sporofitu i gametofitu dwóch rodzajów glonów, w zależności od podłoża przyłączenia. Rysunek z omawianego artykułu w Ewolucja

Ten sam cykl życia był charakterystyczny dla drugiego badanego gatunku, E. siliculosus, w pobliżu Neapolu (ryc. 2, B). A ponieważ substrat do mocowania gametofitu używał tego samego typu "hosta" Scytosiphon lomentaria. Schematycznie ten cykl życia przedstawiono na ryc. 3 u góry.

Ryc. 3 Schemat cyklu życiowego brązowych alg z rodzaju Ectocarpus. Powyżej: Diploidalny sporofit (SP) wytwarza haploidalne zarodniki przez mejozę (meiospory). Najpierw zarodniki ruchome następnie osiadają i rozwijają się w męski lub żeński gametofit (G). Gametofit przez mitozę wytwarza mobilne gamety.Następnie męskie i żeńskie gamety łączą się, tworząc dipolową zygotę, z której rozwija się sporofit. Ten schemat jest typowy dla E. crouaniorum w Roscoff i E. krzemowolos w Neapolu. I dla ludności E. krzemowolos Roscof charakteryzuje się modyfikacją cyklu życia (poniżej). Diploidalny sporofit może tworzyć zarodniki również przez mitozę (mitospory). Spory te, początkowo ruchliwe, osadzają się i rozwijają w sporofity, genetycznie identyczne z rodzicem. Rysunek z omawianego artykułu w Ewolucja

Niespodziewane wyniki dały wynik badania E. siliculosus we Francji okazało się, że wodorosty te nie żyją tutaj jako przedstawiciele tego samego gatunku we Włoszech. We Francji E. siliculosus Może być również przyczepiony do kamieni (epilith) lub thalli alg innych gatunków (epifity). Różnice w stosunku do ludności włoskiej polegały na tym, że po pierwsze, lista glonów "żywicieli" jest tu szersza, E. siliculosus można regularnie znaleźć na 13 różnych rodzajach glonów i nie tylko Scytosiphon lomentaria. Po drugie, głównie diploidalny sporofit występował zarówno na podłożach biotycznych, jak i abiotycznych (ryc. 2, C). Schematycznie ten cykl życia przedstawiono na ryc. 3 poniżej.

Tak więc hipoteza "ekologiczna" na dwóch badanych gatunkach brązowych alg nie jest spełniona i nie może wyjaśnić obecności haploidalnych i diploidalnych faz.Rzeczywiście, cechy mikro-siedlisk sporofitu E. siliculosus we Francji nakładają się one na te, które są całkowicie charakterystyczne dla gametofitu i sporofitu tego samego gatunku we Włoszech. Według autorów artykułu postęp w wyjaśnianiu tej sytuacji jest możliwy przy badaniu bardziej subtelnych cech cykli życia tych glonów. Innym wnioskiem, który można wysnuć, jest to, że najprawdopodobniej czas trwania haploidalnych i diploidalnych faz nie może być wyjaśniony przez jakąś ogólną teorię. Innymi słowy, szczególne cechy poszczególnych gatunków mogą być kluczowe – idea, która jest często ignorowana przez teoretyków w dziedzinie biologii.

Źródło: Lucia Couceiro, Mickael Le Gac, Heather M. Hunsperger, Stephane Mauger, Christophe Destombe, J. Mark Cock, Sophia Ahmed, Susana M. Coelho, Myriam Valero i Akira F. Peters. Ewolucja i utrzymanie naturalnych populacji: Ectocarpus // Ewolucja. 2015. V. 67. str. 1808-1822.

Alexey Opaev


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: