ISOGAMY: ĐẶC ĐIỂM VÀ KIỂU - SINH HỌC - 2026

Thể đồng phân là một hệ thống sinh sản thực vật mà các giao tử giống nhau về hình thái. Sự giống nhau xảy ra về hình dạng và kích thước, và các tế bào sinh dục nam và nữ không thể phân biệt được. Hệ thống sinh sản này được coi là của tổ tiên. Nó xuất hiện ở các nhóm tảo, nấm và động vật nguyên sinh khác nhau.

Các giao tử tham gia vào quá trình đồng phân có thể di động (phân bào) hoặc không. Sự kết hợp của cùng xảy ra bằng cách liên hợp. Các tế bào sinh dục chưa phân hóa hợp nhất và trao đổi vật chất di truyền.

Chế độ đồng đẳng. Được sửa đổi từ M. Piepenbring, qua Wikimedia Commons

Đồng đẳng có thể là đồng đẳng hoặc dị liên kết. Đó là sự tương đồng khi sự dung hợp xảy ra giữa các giao tử có cùng bộ gen. Trong dị giao tử, các giao tử có cấu tạo di truyền khác nhau.

nét đặc trưng

Nguồn: M. Piepenbring

Sinh sản bằng isogamy xảy ra bằng cách tiếp hợp. Trong trường hợp này, nội dung của ô này chuyển sang ô khác và sự hợp nhất xảy ra.

Các quá trình hỗn hợp (hợp nhất các nhân) và plasmogamy (hợp nhất tế bào chất) có liên quan. Sự biệt hóa tế bào xôma thành tế bào sinh dục có thể liên quan đến điều kiện môi trường. Tương tác với các cá thể khác cùng loài cũng có thể ảnh hưởng.

Sau khi quá trình biệt hóa xảy ra, các giao tử phải tìm và nhận biết các tế bào sinh dục khác. Trong các nhóm xảy ra quá trình đồng phân, sự nhận biết và dung hợp các giao tử xảy ra theo những cách khác nhau.

Tế bào sinh dục có thể bị trùng roi hoặc bất động. Trong một số trường hợp, chúng lớn, như ở một số loài tảo lục.

Các loại

Có hai dạng đồng phân liên quan đến cấu tạo di truyền của giao tử.

Homothalic isogamy

Giao tử của một cá thể được kết hợp với một cá thể khác cùng nhóm dòng vô tính. Trong trường hợp này, quá trình tự thụ tinh được coi là xảy ra.

Tất cả các hạt nhân đều có kiểu gen giống nhau và không có sự tương tác với kiểu gen khác nhau. Tế bào xôma biệt hóa trực tiếp thành tế bào sinh dục.

Giao tử hình thành trong quần thể vô tính, sau đó xảy ra phản ứng tổng hợp để tạo thành hợp tử.

Isogamy dị

Các giao tử được tạo ra ở các cá thể khác nhau có cấu tạo di truyền khác nhau.

Các giao tử bắt buộc phải có sự tương thích về di truyền để xảy ra phản ứng tổng hợp. Hai loại giao tử được hình thành nói chung. "Cộng" và "trừ" tương thích với nhau.

Tế bào sinh giao tử (nơi tạo ra giao tử) của một loại này tạo thành cặp với tế bào của loại kia. Chúng được nhận biết thông qua truyền thông hóa học mà trong một số trường hợp liên quan đến sản xuất pheromone.

Sinh vật có giao tử đẳng lập

Tình trạng đẳng lập dường như chiếm ưu thế ở các sinh vật đơn bào, trong khi chế độ dị hợp gần như phổ biến đối với sinh vật nhân thực đa bào. Trong hầu hết các dòng sinh vật nhân thực của sinh vật đơn bào, các giao tử có kích thước bằng nhau và chúng ta không phân biệt được đực và cái.

Mô hình sinh vật

Ở sinh vật nhân thực, có một số lượng đáng kể các loài có giao tử đồng hợp. Tuy nhiên, chúng tôi sẽ chỉ đề cập đến các chi xuất hiện liên tục trong các tài liệu sinh học - mặc dù còn nhiều chi nữa.

Amip xã hội nổi tiếng thuộc loài Dictyostelium discoideum, loại nấm men phổ biến mà chúng ta sử dụng để làm thức ăn là Saccharomyces cerevisiae và ký sinh trùng đơn bào gây bệnh ngủ Trypanosoma brucei đều là những ví dụ về các sinh vật có giao tử giống hệt nhau.

Ở tảo lục, isogamy là một hiện tượng phổ biến. Trên thực tế, có hai loại isogamy trong những sinh vật này.

Một số loài tạo ra các giao tử có kích thước tương đối trung bình với hệ thống quang tử biểu thị bằng điểm mắt. Các loài khác có cùng loại giao tử, nhưng nhỏ hơn nhiều so với trường hợp trước. Ngoài ra, họ thiếu điểm nhìn.

Ngoại lệ đối với quy tắc

Tuy nhiên, không thể thực hiện một quan sát triệt để như vậy và hạn chế các giao tử đồng phân đối với các dòng đơn bào và dị giao tử đối với các sinh vật đa bào.

Thật vậy, thực vật có một số ngoại lệ đối với quy tắc này, vì các chi tảo lục thuộc địa như Pandorina, Volvulina và Yamagishiella có tình trạng isogamy.

Cũng có những trường hợp ngoại lệ theo hướng ngược lại, vì có những sinh vật đơn bào, chẳng hạn như tảo lục thuộc bậc Bryopsidales có các giao tử khác nhau.

Isogamy trong tảo

Ở tảo, người ta đã quan sát thấy sự hiện diện của hai loại tế bào sinh dục liên kết với isogamy.

Ở một số nhóm, giao tử có kích thước trung bình và có cơ chế quang điều hòa. Có một điểm mắt bị kích thích bởi ánh sáng.

Chúng thường liên quan đến sự hiện diện của lục lạp và khả năng tích lũy các chất dự trữ. Trong các trường hợp khác, các giao tử rất nhỏ và không có điểm mắt.

Sinh sản hữu tính ở tảo isogamy xảy ra theo một cách khác.

Chlamydomonas

Nó là một nhóm tảo lục đơn bào, có hai roi. Nó trình bày isogamy dị. Sự đồng đẳng có thể xảy ra ở một số loài.

Tế bào sinh dưỡng đơn bội phân hóa thành tế bào sinh dục khi điều kiện nitơ tăng trong môi trường. Có hai loại giao tử, với các bổ sung di truyền khác nhau.

Các giao tử tạo ra các ngưng kết (các phân tử kết dính) để thúc đẩy quá trình gắn các roi. Sau khi hợp nhất, hai giao tử cung cấp thông tin di truyền cần thiết cho sự phát triển của phôi.

Closterium

Những loài tảo này thuộc bộ Charyophyta. Chúng là đơn bào. Chúng trình bày các isogamy đồng đẳng và dị vòng.

Giao tử không di động. Trong trường hợp này, khi các tế bào sinh dục bắt nguồn, một nhú liên hợp được hình thành. Tế bào được giải phóng bằng cách phá vỡ thành tế bào.

Sau đó, sự hợp nhất của nguyên sinh chất của cả hai giao tử xảy ra và hợp tử được hình thành. Sự hấp dẫn hóa học giữa các kiểu di truyền khác nhau được coi là xảy ra trong isogamy dị loại.

Tảo nâu

Chúng là những sinh vật đa bào, với các giao tử đồng vị trùng roi. Các nhóm khác sinh sản theo kiểu bất giao hữu hoặc sinh sản.

Các giao tử giống nhau về hình thái, nhưng chúng cư xử khác nhau. Có những loài mà loài cái tiết ra chất pheromone để thu hút loài đực.

Trong các trường hợp khác, một loại giao tử di chuyển trong một thời gian ngắn. Sau đó, trùng roi ăn vào và giải phóng pheromone. Loại còn lại di chuyển trong thời gian dài hơn và có cơ quan tiếp nhận tín hiệu pheromone.

Isogamy ở nấm

Xảy ra sự đồng phân của cả loại đồng đẳng và dị phân. Trong hầu hết các trường hợp, sự nhận biết giao tử có liên quan đến việc sản xuất pheromone.

Men

Trong một số nhóm đơn bào như Saccharomyces, các giao tử phân hóa để đáp ứng với sự thay đổi thành phần của môi trường nuôi cấy. Trong những điều kiện nhất định, chẳng hạn như mức nitơ thấp, tế bào xôma phân chia theo phương pháp meiosis.

Các giao tử có cấu tạo di truyền khác nhau được nhận biết bằng các tín hiệu pheromone. Các tế bào hình thành các phóng chiếu về nguồn pheromone và tham gia các đỉnh của chúng. Nhân của cả hai giao tử di chuyển cho đến khi chúng hợp nhất và tạo thành tế bào lưỡng bội (hợp tử).

Nấm sợi

Chúng là những sinh vật đa bào. Chúng chủ yếu trình bày các hệ dị thể. Trong quá trình phát triển giới tính, chúng hình thành cấu trúc cho (nam) và tiếp nhận (nữ).

Sự dung hợp tế bào có thể xảy ra giữa một sợi nấm và một tế bào chuyên biệt hơn hoặc giữa hai sợi nấm. Sự xâm nhập của nhân cho (đực) trong sợi nấm, kích thích sự phát triển của quả thể.

Các hạt nhân không hợp nhất ngay lập tức. Quả thể hình thành một cấu trúc dikaryotic, với các nhân có cấu tạo di truyền khác nhau. Sau đó, các hạt nhân hợp nhất và phân chia theo meiosis.

Quan hệ đồng tính ở động vật nguyên sinh

Sự đồng tính xảy ra ở các nhóm đơn bào trùng roi. Các sinh vật có lông mao này thiết lập kết nối tế bào chất giữa các giao tử trong các khu vực chuyên biệt của màng sinh chất.

Các nhóm ciliated có hai hạt nhân, một hạt nhân lớn và một hạt nhân vi lượng. Các đại nhân là dạng xôma. Các vi nhân lưỡng bội phân chia theo phương pháp meiosis và tạo giao tử.

Các nhân đơn bội được trao đổi với nhau bằng cầu nối tế bào chất. Sau đó, các tế bào của mỗi tế bào được phục hồi và chúng lấy lại quyền tự chủ. Quá trình này là duy nhất trong sinh vật nhân chuẩn.

Trong các euplotes, các pheromone cụ thể của mỗi loại di truyền được tạo ra. Tế bào ngừng phát triển soma khi chúng phát hiện ra một pheromone có cấu tạo di truyền khác nhau.

Đối với các loài Dileptus, các phân tử nhận biết được trình bày trên bề mặt tế bào. Các giao tử tương hợp được liên kết bởi protein kết dính trong lông mao.

Trong Paramecium, các chất nhận biết được tạo ra giữa các giao tử tương thích. Những chất này thúc đẩy sự kết hợp của các tế bào sinh dục, cũng như sự kết dính và hợp nhất sau đó của chúng.

Hệ quả sinh thái và tiến hóa

Đầu tư đối xứng của cha mẹ

Trong sinh học tiến hóa, một trong những chủ đề được thảo luận nhiều nhất khi chúng ta nói về các sinh vật phức tạp (chẳng hạn như động vật có vú) là sự đầu tư của cha mẹ. Khái niệm này được phát triển bởi nhà sinh vật học lỗi lạc Sir Ronald Fisher trong cuốn sách "Lý thuyết di truyền về chọn lọc tự nhiên", và liên quan đến chi phí của cha mẹ cho phúc lợi của trẻ.

Sự bình đẳng trong các giao tử ngụ ý rằng sự đầu tư của cha mẹ sẽ là đối xứng cho cả hai sinh vật tham gia vào sự kiện sinh sản.

Không giống như hệ thống dị giao, trong đó sự đầu tư của bố mẹ là không đối xứng, và giao tử cái cung cấp hầu hết các nguồn tài nguyên phi di truyền (chất dinh dưỡng, v.v.) cho sự phát triển của hợp tử. Với sự tiến hóa của các hệ thống thể hiện sự lưỡng hình trong các giao tử của chúng, sự bất đối xứng cũng phát triển ở các sinh vật bố mẹ.

Sự phát triển

Theo bằng chứng và các kiểu sinh sản mà chúng ta tìm thấy ở các loài hiện đại, có vẻ hợp lý khi coi isogamy là tình trạng của tổ tiên, xuất hiện trong giai đoạn đầu tiên của sinh sản hữu tính.

Trong một số dòng sinh vật đa bào, chẳng hạn như thực vật và động vật, hệ thống sinh sản khác biệt đã phát triển độc lập, trong đó các giao tử cái lớn và bất động còn các giao tử đực nhỏ và có khả năng di chuyển đến noãn.

Mặc dù chưa biết được quỹ đạo chính xác của sự thay đổi từ một trạng thái đẳng tích sang một trạng thái dị hợp, nhưng một số lý thuyết đã được đưa ra.

Lý thuyết 1

Một trong số đó nêu bật sự đánh đổi có thể có giữa kích thước của các giao tử và số lượng của chúng. Theo lập luận này, nguồn gốc của chế độ bất hợp tử là một chiến lược ổn định về mặt tiến hóa gây ra bởi quá trình chọn lọc gây rối loạn trong việc tìm kiếm hiệu quả và sự sống sót của hợp tử.

Lý thuyết 2

Một lý thuyết khác tìm cách giải thích hiện tượng này như một cách bù đắp cho một tế bào bất động (noãn) có nhiều tế bào có khả năng di chuyển (tinh trùng).

Lý thuyết 3

Quan điểm thứ ba giải thích sự phát sinh dị giao là một đặc điểm thích nghi để tránh xung đột giữa nhân và tế bào chất do sự di truyền không giống nhau của các bào quan.

Người giới thiệu

1. Hadjivasiliou Z và A Pomiankowski (2016) Tín hiệu giao tử làm cơ sở cho sự tiến hóa của các kiểu giao phối và số lượng của chúng. Phil. Dịch. R. Soc. B 371: 1-12.
2. Lehtonen J, H Kokko, và GA Parker (2016) Các sinh vật đồng tính dạy chúng ta điều gì về giới tính và hai giới tính ?. Dịch. R. Sóc B 371: 20150532.
3. Ni M, M Fererzaki, S Sun, X Wang và J Heitman (2011) Tình dục trong nấm. Annu. Rev. Genet. 45: 405-430.
4. Togashia T, JL Bartelt, J Yoshimura, K Tainakae và PA Cox (2012) Quỹ đạo tiến hóa giải thích sự tiến hóa đa dạng của isogamy và anisogamy trong tảo lục biển. Proc Natl Acad Sci 109: 13692-13697.
5. Tsuchikane Y. M Tsuchiya, F Hinka, H Nozaki và H Sekimoto (2012) Sự hình thành hợp tử giữa các chủng đồng tử và dị thể của Closterium. Giới tính thực vật Reprod 25: 1-9.