Definicja gametofitu
Gametofit jest etapem, który produkuje komórki płciowe u roślin i glonów, które przechodzą przemianę pokoleń. Wśród roślin lądowych, te komórki płciowe mogą być określane jako „plemniki” i „jaja”, z „męskimi” i „żeńskimi” komórkami płciowymi łączącymi się w celu wytworzenia potomstwa.
W przeciwieństwie do zwierząt i innych organizmów, które wykorzystują rozmnażanie płciowe, gametofity nie produkują swoich komórek płciowych poprzez mejozę.
Zamiast tego, wszystkie komórki w organizmie gametofitu są haploidalne – to znaczy, posiadające tylko jedną kopię każdego chromosomu – i te haploidalne organizmy produkują gamety poprzez mitozę.
Jest to w przeciwieństwie do zwierząt i innych organizmów, które są diploidalne – posiadające dwie kopie każdego chromosomu – i które muszą przeciąć swoją liczbę chromosomów na pół, zanim będą mogły stworzyć komórki płciowe, które mają odpowiednią liczbę chromosomów, aby wyprodukować zdrowe diploidalne potomstwo.
Potomstwo gametofitów to rzeczywiście diploidalne rośliny, a te diploidalne rośliny używają mejozy do rozmnażania. Ale w zaskakujący sposób diploidalne potomstwo gametofitów nazywane jest sporofitami.
Zamiast używać mejozy do produkcji komórek płciowych, używają one mejozy do produkcji zarodników – które następnie przechodzą mitozę, by wyrosnąć w zupełnie nowe haploidalne organizmy, a.k.a. gametofity!
Ta przemienność pokoleń jest strategią przetrwania, w której roślina lub glon naprzemiennie stosuje różne techniki reprodukcyjne.
Gametofit – zwykle uważany za pierwszy etap cyklu – rozmnaża się płciowo, łącząc komórki rozrodcze z dwóch różnych organizmów w celu wytworzenia genetycznie zróżnicowanego potomstwa.
To pozwala populacji roślin mieszać i dopasowywać cechy podczas rozmnażania gametofitu, co czyni populacje bardziej odpornymi na choroby i bardziej przystosowanymi do zmieniających się warunków środowiskowych.
Sporofit – potomstwo gametofitów, z drugiej strony, może się szybko rozprzestrzeniać i nie potrzebuje partnerów do rozmnażania.
To pozwala pojedynczemu sporofitowi założyć całą nową populację, która może następnie mieszać geny z sąsiednimi populacjami w pokoleniu gametofitu. Zarodniki mogą również przetrwać przez wiele lat w nieprzyjaznych warunkach, podczas gdy plemniki i komórki jajowe nie mogą.
Ta przemienność pokoleń pozwala roślinie macierzystej skorzystać zarówno z zalet rozmnażania płciowego – takich jak rekombinacja genetyczna, która promuje różnorodność genetyczną – jak i z zalet rozmnażania bezpłciowego, takich jak szybkość i szybki wzrost.
Powszechne rośliny, które wykorzystują przemienność pokoleń to mchy, paprocie i sosny. W dziwnym ewolucyjnym odwróceniu, rośliny nasienne, które stosują przemienność pokoleń, takie jak drzewa iglaste i inne sosny, rozwijają cały etap cyklu życiowego gametofitu wewnątrz zamkniętego stożka.
Przykładowo, u niektórych innych gatunków, przemienność pokoleń jest dość widoczna. Wśród paproci, na przykład, sporofit jest dobrze znaną, dużą, liściastą rośliną często widywaną na leśnych ścieżkach.
Gametofit, z drugiej strony, jest maleńką rośliną w kształcie serca, którą łatwo pomylić z zupełnie innym gatunkiem niż pokolenie sporofitu.
Funkcja gametofitów
Rośliny gametofitowe produkują komórki płciowe – nazywane „plemnikami” i „jajami” u roślin lądowych – aby umożliwić swojej linii rozmnażanie płciowe.
Istnieje wiele znanych korzyści z rozmnażania płciowego, ponieważ zdolność do łączenia cech genetycznych pochodzących od dwóch osobników skutkuje wieloma różnymi kombinacjami cech w obrębie populacji.
Ta różnorodność jest niezwykle korzystna dla odporności na choroby i zdolności do reagowania na zmiany środowiskowe.
Jeśli chodzi o praktyczny przykład korzyści płynących z rozmnażania płciowego, wystarczy spojrzeć na Irlandzki Głód Ziemniaczany.
W Irlandii w czasie klęski głodu uprawy ziemniaków, które rozmnażały się bezpłciowo, były uprawiane przez wiele lat i rozprzestrzeniły się po wyspach. Oznaczało to, że wszystkie uprawy, którymi żywili się Irlandczycy, były genetycznie identyczne, ponieważ zostały wyhodowane bezpłciowo z niewielkiej populacji rodzicielskiej.
Gdy nowa choroba zaatakowała irlandzkie ziemniaki, z powodu braku wymiany lub różnorodności genetycznej praktycznie wszystkie ziemniaki na wyspie zmarły. Skutkiem tego była jedna z największych katastrof humanitarnych w historii, ponieważ wszystkie uprawy ziemniaków, na których ludzie polegali w poszukiwaniu pożywienia, wymarły.
W rezultacie miliony Irlandczyków zostały zmuszone do opuszczenia Irlandii w poszukiwaniu lepszego życia – a kolejne miliony zmarły.
Wyginięcie paproci nie byłoby katastrofalne dla ludzkiej populacji, ale byłoby katastrofalne dla populacji paproci – dlatego paprocie i inne rośliny, które praktykują przemienność pokoleń, używają gametofitów do rozmnażania płciowego i utrzymują swoje populacje genetycznie zróżnicowane.
Co ciekawe, to czy gametofit lub sporofit są „dominujące”, zależy od rośliny. Wśród paproci, na przykład, pokolenie gametofitu zajmuje więcej zasobów cyklu życiowego, rozwijając się w dużą, widoczną roślinę, którą rozpoznajemy.
Wśród drzew iglastych, dla kontrastu, to pokolenie sporofitu jest „dominujące” – wyrasta na ogromne, długowieczne drzewa, podczas gdy pokolenie gametofitu jest ograniczone do maleńkiego organizmu rosnącego wewnątrz szyszki.
Przykłady gametofitów
Paprotniki
Paprotnik, którego wyobrażasz sobie, gdy myślisz o Parku Jurajskim lub o leśnym podłożu, jest gametofitem. Te wdzięczne, frędzelkowate liście są haploidalne – co oznacza, że mają tylko jeden zestaw chromosomów i produkują komórki płciowe poprzez mitozę, jak wszystkie rośliny gametofitowe.
Jeśli kiedykolwiek zobaczysz paproć z czymś, co wydaje się być brązowymi kropkami pokrywającymi jej liście, przyjrzyj się bliżej. Te kropki to w rzeczywistości oddzielne rośliny: małe pokolenie sporofitów, wyrastające z liści swojego rodzicielskiego gametofitu.
Małe rośliny sporofitów są diploidalne – co oznacza, że mają dwie pary chromosomów i będą przechodzić mejozę w celu wytworzenia zarodników.
Te zarodniki można zobaczyć jako drobny proszek odchodzący od brązowych kropek na liściach paproci, gdy nadejdzie czas. Pojedynczy zarodnik paproci może być niesiony przez wiatr, wylądować w nowym miejscu i rozwinąć się w gametofit roślinny. Ten pojedynczy gametofit może następnie ulec samozapłodnieniu i wytworzyć pokolenie nowych sporofitów!
Mchy
Mech, o którym myślisz, gdy wyobrażasz sobie dywan z szorstkiego, zielonego materiału roślinnego, jest gametofitem. Etap gametofitu mchu jest bardziej długotrwały, podczas gdy sporofity pojawiają się na krótko, jako długie łodygi, które wznoszą się, by wypuszczać zarodniki na wiatr.
Sporofity mchu można łatwo pomylić z częścią gametofitu, ponieważ często wyrastają prosto z dywanu gametofitu.
Jednakże łodygi sporofitów są w rzeczywistości niezależnymi organizmami o innych genach niż znajdujący się pod nimi dywan mchu.
Sporofity powstają w wyniku połączenia się komórek płciowych gametofitu. W związku z tym mają dwa razy więcej chromosomów niż pokolenie gametofitu i w rezultacie zawierają unikalną mieszankę cech genetycznych.
Rogatek
Chociaż nie tak efektowne jak paprocie czy mchy, rogatki są w rzeczywistości ładnymi roślinami leśnymi, których stadium gametofitu składa się z małych, szmaragdowozielonych liści, rosnących w wilgotnych glebach.
Tak jak w przypadku mchów, gametofit rogownicy jest zielony, długowieczny i nisko osadzony na ziemi; natomiast sporofit tworzy długą, cienką łodygę, z której uwalniane są zarodniki, które rozsiewa wiatr.
Tak jak w przypadku mchów, gametofit i sporofit rogownicy mają tendencję do wzrostu jeden na drugim i mogą być mylone z różnymi częściami tej samej rośliny. Ale w rzeczywistości są to niezależne organizmy o różnej liczbie chromosomów.
- Przemienność pokoleń – cykl życiowy, w którym rośliny i niektóre glony mają jedno pokolenie organizmów „gametofitów”, które rozmnażają się płciowo, na przemian z pokoleniem organizmów „sporofitów”, które rozmnażają się bezpłciowo.
- Gameta – „komórka płciowa” używana do rozmnażania płciowego. U zwierząt i roślin lądowych produkowane są dwa rodzaje gamet – plemniki i jaja.
- Zarodnik – komórka, która jest zdolna do samodzielnego zapoczątkowania nowego organizmu, bez partnera reprodukcyjnego.
Quiz
1. Który z poniższych elementów NIE jest gametofitem? Paproć na dnie lasu.
B. Dywan z zielonego mchu.
C. Sosna zwyczajna.
D. Żadne z powyższych.
2. Która z poniższych cech jest zaletą sposobu rozmnażania się gametofitów?
A. Gamety mogą przetrwać przez wiele lat w nieprzyjaznych warunkach.
B. Gamety mogą dać początek nowym organizmom bez partnera reprodukcyjnego.
C. Gamety przyczyniają się do różnorodności genetycznej poprzez mieszanie i dopasowywanie cech genetycznych.
D. Żadne z powyższych.
3. Które z poniższych stwierdzeń NIE jest prawdziwe w odniesieniu do gametofitów i sporofitów?
A. Są przedstawicielami tego samego gatunku.
B. Mają różną liczbę chromosomów.
C. Są częściami tego samego organizmu.
D. Mają różne metody rozmnażania.