Biologický životní cyklus - Biological life cycle

Životní cyklus komára . Dospělá samička komára snáší vajíčka, která se vyvíjejí v několika fázích až do dospělosti. Reprodukce dokončuje a udržuje cyklus.

V biologii je biologický životní cyklus (nebo jen životní cyklus nebo životní cyklus, když je biologický kontext jasný) sérií změn ve formě, kterou organismus prochází a vrací se do výchozího stavu. "Tento koncept je úzce spojen s koncepty životní historie, vývoje a ontogeneze , ale liší se od nich zdůrazňováním obnovy." Přechody formy mohou zahrnovat růst, asexuální reprodukci nebo sexuální reprodukci .

V některých organismech se během životního cyklu navzájem střídají různé „generace“ druhů. U rostlin a mnoha řas existují dvě mnohobuněčná stádia a životní cyklus se označuje jako střídání generací . Termín životní historie se často používá, zejména pro organismy, jako jsou červené řasy, které mají tři vícebuněčná stádia (nebo více), spíše než dvě.

Životní cykly, které zahrnují sexuální reprodukci, zahrnují střídání haploidních ( n ) a diploidních (2 n ) fází, tj. Zahrnuje změnu ploidie . K návratu z diploidního stadia do haploidního stadia musí dojít k meióze . Pokud jde o změny ploidy , existují 3 typy cyklů:

  • haplontický životní cyklus - haploidní stadium je mnohobuněčné a diploidní stádium je jedna buňka, meióza je „zygotická“.
  • diplontický životní cyklus - diploidní stadium je mnohobuněčné a tvoří se haploidní gamety , meióza je „gametická“.
  • haplodiplontický životní cyklus (také označovaný jako diplohaplontický , diplobiontický nebo dibiontický životní cyklus) - dochází k mnohobuněčným diploidním a haploidním fázím, meióza je „sporická“.

Cykly se liší v případě mitózy (růstu). Zygotická meióza a gametická meióza mají jedno mitotické stadium: mitóza nastává během n fáze u zygotické meiózy a během 2 n fáze u gametické meiózy. Zygotická a gametická meióza se proto souhrnně označuje jako „haplobiontická“ (jediná mitotická fáze, nezaměňovat s haplontickou). Sporická meióza má naopak mitózu ve dvou fázích, diploidní i haploidní, nazývaná „diplobiontická“ (nezaměňovat s diplontickou).

Objev

Studium reprodukce a vývoje v organismech provedlo mnoho botaniků a zoologů.

Wilhelm Hofmeister prokázal, že střídání generací je rys, který rostliny spojuje, a zveřejnil tento výsledek v roce 1851 (viz sexualita rostlin ).

Některé termíny (haplobiont a diplobiont) používané pro popis životních cyklů byly původně navrženy pro řasy Nilsem Svedeliusem a poté byly použity pro jiné organismy. Ostatní podmínky (autogamie a gamontogamy) používané v prvoka životních cyklů byly zavedeny Karl Gottlieb Grell. Popis složitých životních cyklů různých organismů přispěl k vyvrácení myšlenek spontánní generace ve čtyřicátých a padesátých letech minulého století.

Haplontický životní cyklus

Zygotická meióza

Zygotická meióza je meióza ze zygoty bezprostředně po karyogamy , který je fúze dvou buněčných jader . Tímto způsobem organismus ukončí svou diploidní fázi a vytvoří několik haploidních buněk. Tyto buňky se mitoticky dělí a vytvářejí buď větší, mnohobuněčné jedince, nebo více haploidních buněk. Dva opačné typy gamet (např. Muž a žena) z těchto jedinců nebo buněk se spojí a stanou se zygoty.

V celém cyklu jsou zygoty jedinou diploidní buňkou; mitóza se vyskytuje pouze v haploidní fázi.

Jedinci nebo buňky v důsledku mitózy jsou haplonti, a proto se tomuto životnímu cyklu také říká haplontický životní cyklus. Haplonti jsou:

Diplomatický životní cyklus

Gametická meióza

U gametické meiózy se zygota místo okamžitého meiotického dělení za vzniku haploidních buněk mitoticky rozděluje za vzniku mnohobuněčného diploidního jedince nebo skupiny více jednobuněčných diploidních buněk. Buňky od diploidních jedinců pak podléhají meióze za vzniku haploidních buněk nebo gamet . Haploidní buňky se mohou znovu rozdělit (mitózou) a vytvořit více haploidních buněk, jako u mnoha kvasinek, ale haploidní fáze není převládající fází životního cyklu. U většiny diplontů se mitóza vyskytuje pouze v diploidní fázi, tj. Gamety se obvykle rychle tvoří a fúzují za vzniku diploidních zygot.

V celém cyklu jsou gamety obvykle jedinými haploidními buňkami a mitóza se obvykle vyskytuje pouze v diploidní fázi.

Diploidní mnohobuněčný jedinec je diplont, proto se gametická meióza také nazývá diplontický životní cyklus. Diplomanti jsou:

Haplodiplontický životní cyklus

Sporická meióza
Hlavní článek: Střídání generací

Při sporické meióze (také běžně známé jako intermediární meióza) se zygota mitoticky rozděluje a vytváří mnohobuněčný diploidní sporofyt . Sporofyt vytváří spóry prostřednictvím meiózy, které také rozdělují mitoticky produkující haploidní jedince zvané gametofyty . Gametofyty produkují gamety prostřednictvím mitózy. V některých rostlinách je gametofyt nejen malý, ale také krátkodobý; v jiných rostlinách a mnoha řasách je gametofyt „dominantní“ fází životního cyklu.

Haplodiplonti jsou:

Některá zvířata mají systém určování pohlaví nazývaný haplodiploid , ale to nesouvisí s haplodiplontickým životním cyklem.

Vegetativní meióza

Některé červené řasy (jako Bonnemaisonia a Lemanea ) a zelené řasy (například Prasiola ) mají vegetativní meiózu, nazývanou také somatická meióza, což je vzácný jev. Vegetativní meióza se může vyskytovat v haplodiplontických a také v diplontických životních cyklech. Gametofyty zůstávají připojeny ke sporofytu a jsou jeho součástí. Vegetativní (nereprodukční) diploidní buňky podléhají meióze a vytvářejí vegetativní haploidní buňky. Ty podléhají mnoha mitózám a produkují gamety.

Jiný jev, nazvaný vegetativní diploidization, typ apomixis , se vyskytuje v některých hnědé řasy (např Elachista stellaris ). Buňky v haploidní části rostliny spontánně duplikují své chromozomy za vzniku diploidní tkáně.

Parazitický životní cyklus

Paraziti závisí na využití jednoho nebo více hostitelů . O těch, které musí infikovat více než jeden hostitelský druh, aby dokončily své životní cykly, se říká, že mají složité nebo nepřímé životní cykly. Dirofilaria immitis , nebo heartworm, má nepřímý životní cyklus, např. Mikrofilárií musí být nejprve požití ženským komára , kde se rozvíjí do infekčního larválním stádiu. Komár pak kousne zvíře a přenáší infekční larvy do zvířete, kde migrují do plicní tepny a dospějí do dospělých jedinců.

Paraziti, kteří infikují jeden druh, mají přímé životní cykly. Příkladem parazita s přímým životním cyklem je Ancylostoma caninum nebo psí měchovec. V prostředí se vyvíjejí do infekčního larválního stádia, poté pronikají přímo na kůži psa a dospějí k dospělým v tenkém střevě .

Pokud má parazit infikovat daného hostitele, aby dokončil svůj životní cyklus, pak se říká, že je to povinný parazit tohoto hostitele; někdy je infekce fakultativní - parazit může přežít a dokončit svůj životní cyklus, aniž by infikoval konkrétní hostitelský druh. Paraziti někdy infikují hostitele, ve kterých nemohou dokončit své životní cykly; to jsou náhodní hostitelé.

Hostitel, ve kterém se paraziti reprodukují sexuálně, je znám jako konečný, konečný nebo primární hostitel. U mezihostitelů se paraziti buď nerozmnožují, nebo to dělají nepohlavně, ale parazit se u tohoto typu hostitele vždy vyvine do nové fáze. V některých případech parazit infikuje hostitele, ale neprochází žádným vývojem, tito hostitelé jsou známí jako parateničtí nebo transportní hostitelé. Paratenický hostitel může být užitečný při zvyšování šance, že bude parazit přenesen na konečného hostitele. Například kočičí plicník ( Aelurostrongylus abstrusus ) používá jako mezihostitele slimáka nebo šneka; larva prvního stupně vstupuje do měkkýšů a vyvíjí se do larvy třetího stupně, která je infekční pro konečného hostitele - kočku. Pokud myš sní slimáka, larva třetího stupně vstoupí do myší tkáně, ale nepodstoupí žádný vývoj.

Životní cyklus apicomplexanu , Babesia , Životní cyklus jednobuněčného parazita Babesia, včetně infekce pro člověka

Vývoj

Primitivní typ životního cyklu měl pravděpodobně haploidní jedince s asexuální reprodukcí. Bakterie a archea vykazují takový životní cyklus a některé eukaryoty zřejmě také (např. Cryptophyta , Choanoflagellata , mnoho Euglenozoa , mnoho Amoebozoa , některé červené řasy, některé zelené řasy , nedokonalé houby , některé rotifery a mnoho dalších skupin, ne nutně haploidní). Tyto eukaryoty však pravděpodobně nejsou primitivně asexuální, ale ztratily svou sexuální reprodukci, nebo to ještě nebylo pozorováno. Mnoho eukaryot (včetně zvířat a rostlin) vykazuje asexuální reprodukci , která může být v životním cyklu fakultativní nebo obligátní, přičemž k sexuální reprodukci dochází víceméně často.

Jednotlivé organismy účastnící se biologického životního cyklu obvykle stárnou a odumírají, zatímco buňky těchto organismů, které spojují po sobě jdoucí generace životního cyklu (buňky zárodečné linie a jejich potomci), jsou potenciálně nesmrtelné. Základem tohoto rozdílu je zásadní problém v biologii. Ruský biolog a historik Zhores A. Medveděv se domníval, že přesnost replikace genomu a dalších syntetických systémů sama o sobě nemůže vysvětlit nesmrtelnost zárodečných linií . Medveděv si spíše myslel, že známé rysy biochemie a genetiky sexuální reprodukce naznačují přítomnost unikátních procesů udržování a obnovy informací ve fázi gametogeneze biologického životního cyklu. Medvedev zejména usoudil, že nejdůležitější příležitosti pro udržování informací zárodečných buněk jsou vytvořeny rekombinací během meiózy a opravy DNA ; viděl to jako procesy uvnitř buněk zárodečné linie, které byly schopné obnovit integritu DNA a chromozomů z typů poškození, která způsobují nevratné stárnutí v buňkách zárodečných linií, např. somatických buňkách .

Původ všech dnešních buněk pravděpodobně sahá zpět, v nepřerušené linii více než 3 miliardy let ke vzniku života . Ve skutečnosti to nejsou buňky, které jsou nesmrtelné, ale vícegenerační buněčné linie. Nesmrtelnost buněčné linie závisí na zachování potenciálu buněčného dělení . Tento potenciál může být ztracen v jakékoli konkrétní linii v důsledku poškození buněk, terminální diferenciace, ke které dochází v nervových buňkách, nebo programované buněčné smrti ( apoptóza ) během vývoje. Udržování potenciálu buněčného dělení biologického životního cyklu v průběhu následujících generací závisí na vyhýbání se a přesné opravě poškození buněk, zejména poškození DNA . V sexuálních organismech závisí kontinuita zárodečné linie v postupných generacích buněčného cyklu na účinnosti postupů, jak se vyhnout poškození DNA a jak opravit poškození DNA , ke kterým dochází. Sexuální procesy v eukaryotech , stejně jako v prokaryotech , poskytují příležitost pro efektivní opravu poškození DNA v zárodečné linii homologní rekombinací .

Viz také

Reference

Prameny

  • van den Hoek, C .; Mann; Jahns, HM (1995). Algae: An Introduction to Phycology . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-31687-3.

Další čtení