Конъюгация инфузорий: слияние и деление клеток
Инфузории - удивительные одноклеточные организмы, способные к уникальному процессу обмена генетическим материалом, называемому конъюгацией. Этот механизм помогает поддерживать генетическое разнообразие популяции. Давайте разберемся, как происходит конъюгация инфузорий , и что из этого следует.
Общие сведения о конъюгации инфузорий
Конъюгация инфузорий - это процесс тесного контакта двух клеток, во время которого происходит обмен генетическим материалом. В 1889 году французский зоолог Э. Маупас впервые подробно описал это явление. Он отметил, что конъюгация отличается от привычного представления о половом процессе и размножении.
При конъюгации инфузорий не происходит образования половых клеток или зиготы. Кроме того, в результате конъюгации число клеток не увеличивается, то есть этот процесс не приводит к размножению.
Тем не менее, конъюгация инфузорий имеет большое значение. Она позволяет осуществлять обмен генетическим материалом между особями, тем самым поддерживая генетическое разнообразие популяции. Это обеспечивает бóльшую адаптивность вида к изменяющимся условиям среды.
Механизм конъюгации на примере инфузории-туфельки
Конъюгация инфузории туфельки происходит следующим образом. Сначала две подходящие клетки-партнеры тесно сближаются и между ними образуется цитоплазматический мостик. У каждой инфузории есть два ядра:
- Микронуклеус (диплоидный) - генеративное ядро
- Макронуклеус (полиплоидный) - вегетативное ядро
После соединения клеток макронуклеус постепенно разрушается. А микронуклеус претерпевает два деления по типу мейоза, в результате которых образуется четыре гаплоидных ядра. Три из них дегенерируют, а одно делится митозом еще раз и дает начало двум гаплоидным пронуклеусам.
Затем инфузории обмениваются своими пронуклеусами, и каждый пронуклеус сливается с пронуклеусом партнера. Образуется единое диплоидное ядро, называемое синкарионом. После этого мостик между клетками распадается, и они расходятся.
В каждой клетке синкарион начинает делиться митозом. Одно из дочерних ядер становится новым микронуклеусом инфузории, а другое многократно делится, формируя новый макронуклеус.
Таким образом происходит конъюгация инфузорий - обмен генетическим материалом без увеличения числа клеток. Этот процесс позволяет поддерживать генетическое разнообразие популяции инфузорий.
Типы спаривания у инфузорий
Для успешной конъюгации инфузорий партнеры должны быть совместимы по системе половых типов. У разных видов встречаются два основных типа систем спаривания:
- Биполярная система: клетки делятся на два типа - "четные" и "нечетные". Например, Paramecium aurelia.
- Множественная система: существует несколько половых типов, определяемых разными генами и аллелями.
Определение типа спаривания происходит на генетическом уровне с участием специальных генов. Например, у Paramecium tetraurelia для этого отвечает ген mtA. Он кодирует белок, позволяющий клеткам распознавать потенциальных партнеров и соединяться с подходящей клеткой противоположного типа.
Наличие разных половых типов у инфузорий значительно расширяет возможности для генетического обмена в популяции. Клетки одного типа не могут конъюгировать между собой, что исключает самооплодотворение. В результате при конъюгации всегда происходит комбинирование разных генотипов, что увеличивает генетическое разнообразие потомства.
Особенности конъюгации разных видов инфузорий
У разных видов инфузорий есть свои особенности протекания процесса конъюгации . Например, у вида Paramecium biaurelia в ходе конъюгации может происходить хромосомная перестройка, затрагивающая ген mtA. Это приводит к стабильному наследованию одного из типов спаривания.
Еще один пример - Paramecium tredecaurelia. У этого вида тип спаривания определяется мутацией в промоторной области гена mtA. Такая мутация нарушает связывание регуляторного белка, что меняет активность гена и тип спаривания.
Такое разнообразие механизмов контроля половой совместимости у разных Paramecium позволяет достичь основной цели - обеспечить слияние только генетически разнородных гамет и исключить самооплодотворение.
Различия в этапах конъюгации у инфузорий
Помимо особенностей определения совместимости партнеров, у инфузорий могут наблюдаться вариации в последовательности этапов конъюгации . К примеру, количество делений микронуклеуса в процессе мейоза может варьировать от одного до трех.
Также у некоторых видов отсутствует этап обмена целыми пронуклеусами. Вместо этого происходит постепенная передача отдельных хромосом из микронуклеуса одной клетки в микронуклеус другой.
Существенно может отличаться и время существования синкариона - слившихся гаплоидных ядер партнеров. У одних видов он быстро делится, у других может долго сохранять целостность.
Различные стадии конъюгации
Таким образом, несмотря на общий план, стадии конъюгации инфузорий могут существенно варьировать. Это касается как этапов мейоза и обмена генетическим материалом, так и времени существования общих ядер партнеров.
Такое разнообразие форм конъюгации, вероятно, возникло и закрепилось в процессе эволюции как механизм повышения генетического разнообразия потомства. Инфузории с более вариабельными формами конъюгации получали эволюционное преимущество.
Альтернативы конъюгации у инфузорий
Помимо конъюгации, у инфузорий встречается явление автогамии. Оно представляет собой самостоятельную перестройку ядерного аппарата внутри одной клетки по тому же плану, что и при конъюгации.
Хотя автогамия не приводит к обмену генами с другой особью, она также вносит определенный вклад в генетическое разнообразие за счет перекомбинации имеющихся генов и хромосом.