Tảo nâu không xác nhận giả thuyết sinh thái của các giai đoạn xen kẽ và lưỡng bội xen kẽ • Alexey Opayev • Tin tức khoa học về "Yếu tố" • Algology, Ecology, Evolution

Tảo nâu không xác nhận giả thuyết sinh thái xen kẽ các giai đoạn lưỡng bội và lưỡng bội.

Hình 1. A – tảo gamophophyte haploid thuộc chi Ectocarpus trên tảo tảo Scytosiphon lomentaria. Trong – Diploid sporophyte của tảo này dưới dạng một cuộc đột kích trên đá. Hình từ bài viết được thảo luận trongTiến hóa

Mặc dù ở hầu hết các sinh vật, giai đoạn haploid của chu kỳ sống giảm xuống các giao tử, một số cây thấp hơn có thể thay thế giữa các giai đoạn haploid và lưỡng bội với thời gian so sánh và độ phức tạp về hình thái. Lý do cho các tính năng này và lợi ích của chúng đối với cơ thể vẫn chưa rõ ràng. Một trong những giả thuyết phổ biến giải thích sự thay đổi này là "sinh thái": khác nhau về mặt hình thái gametophyte và sporophyte chiếm hốc sinh thái khác nhau. Nhưng cũng có những loại tảo như vậy, trong đó gametophyte và sporophyte hầu như không khác biệt về ngoại hình – thật thú vị khi thử nghiệm giả thuyết sinh thái trên chúng. Nghiên cứu hai loài tảo nâu thuộc chi Ectocarpus cho thấy giả thuyết này không thỏa mãn. Mặc dù ở một số nơi, gametophyte và sporophyte thực sự gắn liền với các chất nền khác nhau (chiếm các hốc khác nhau), ở những nơi khác một loạt các chất nền đặc trưng cho các pha haploid và diploid được bao phủ bởi vùng sinh thái riêng của quần thể bào tử.

Trong quá trình sinh sản hữu tính, hai giai đoạn thay thế ploidy khác nhau: haploid và diploid. Ở hầu hết các động vật và nhiều loài thực vật (đặc biệt là những loài cao hơn), giai đoạn haploid là ngắn – trên thực tế, điều này tạo ra các giao tử, sau khi hợp nhất tạo thành một hợp tử lưỡng bội. Vì vậy, cuộc sống chính của cơ thể rơi vào giai đoạn lưỡng bội. Trong khi đó, ở một số cây thấp hơn, pha haploid có thể so sánh hoặc thậm chí vượt quá giai đoạn lưỡng bội. Hiện tượng này thường được xem như một đặc điểm cổ xưa, đưa ra lợi thế của pha lưỡng chiết và sự giảm dần trong quá trình tiến hóa haploid. Lợi thế này thường được giải thích về lợi ích "di truyền" (ví dụ, tính kháng với đột biến lặn có hại).

Nhưng gần đây, nhiều nhà khoa học đã đưa ra ý tưởng rằng trong một số trường hợp, những dữ liệu này cũng có thể giải thích tốt lợi thế của việc không phải là lưỡng bội, nhưng là giai đoạn haploid. Hơn nữa, trong quá trình tiến hóa của một số tảo lục và tảo nâu, ngược lại, sự giảm trong giai đoạn lưỡng bội đã được ghi nhận. Tất cả điều này đều nghi ngờ về quan điểm trước đây rất phổ biến về lợi thế không thể thiếu của cuộc sống ở trạng thái lưỡng bội – trong mọi trường hợp, liên quan đến các cây thấp hơn.

Tuy nhiên, hiện tượng này vẫn chưa giải thích được, khiến các nhà nghiên cứu phát minh ra những giả thuyết mới. Vào đầu những năm 1980, một lời giải thích “môi trường” đã được đưa ra. Bản chất của nó là trong giai đoạn haploid và diploid, sinh vật chiếm các hốc sinh thái khác nhau, do đó "mở rộng" không gian sinh thái tổng thể của loài và, theo đó, khả năng thích nghi và cạnh tranh của nó. Ý tưởng này được dựa trên thực tế đơn giản rằng nhiều (nhưng không phải tất cả) của các cây thấp hơn có một hình thái khác nhau của giai đoạn haploid (gametophyte) và diploid (sporophyte). Do đó, cách sống cũng khác nhau – như là hốc sinh thái. Thu thập ngày càng nhiều đối số ủng hộ của họ, bao gồm từ các chuyên gia trong mô hình toán học, giả thuyết “sinh thái” đã trở nên rất phổ biến.

Như đã đề cập, giả thuyết được thực hiện trên các sinh vật trong đó các pha haploid và lưỡng bội khác nhau về mặt hình thái. Tuy nhiên, để xác minh nó, nó là cần thiết để nghiên cứu đặc biệt cẩn thận các sinh vật trong đó các gametophytes và sporophytes là bên ngoài tương tự. Ví dụ, ở một số loài tảo nâu và đỏ, sự khác biệt giữa các giai đoạn này là có thể chỉ bằng cách nghiên cứu nhiễm sắc thể hoặc DNA.Và ở đây dữ liệu thu được trong tự nhiên là rất nhỏ. Các nhà nghiên cứu tự giới hạn mình để nghiên cứu quần thể phòng thí nghiệm, hoặc được đánh giá, ví dụ, tỷ lệ tảo haploid và lưỡng bội trong một môi trường sống cụ thể – từ vật liệu thu thập trước đó. Nhưng ngay cả dữ liệu này hóa ra là không phù hợp – hoặc là hỗ trợ hoặc không phải là giả thuyết “sinh thái”. Do đó, các nghiên cứu thực địa bổ sung và kỹ lưỡng hơn là cần thiết.

Một công trình tương tự đã được thực hiện bởi một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã nghiên cứu một số tính năng của hai loại tảo nâu thuộc chi Ectocarpus: E. crouaniorumE. siliculosus. Các nhà nghiên cứu đã mô tả chi tiết sự phân bố tảo không gian (microbiotope) của tảo, và sau đó trong phòng thí nghiệm đã xác định được ploidy của cây này bằng các phương pháp di truyền phân tử. Công việc được thực hiện ở hai nơi – tại trạm sinh học biển ở Roscoff (Pháp) và ở khu vực Naples (Ý).

Trong tảo nâu khu vực Roscoff E. crouaniorum có thể được gắn vào hai loại chất nền khác nhau – sinh học và phi sinh học (Hình 1). Tương đối lớn tảo (lên đến 12 cm chiều dài) được gắn vào các tảo của tảo khác, và thường xuyên hơn một tảo nâu, Scytosiphon lomentaria (chất nền sinh học – tảo – hoạt động như một chất sinh học).Những cái nhỏ hơn (thường dài chưa đến 10 mm) sử dụng chất nền phi sinh học – ví dụ, đá hoặc vỏ nhuyễn thể của động vật thân mềm (có nghĩa là chúng hoạt động giống như epilith).

Hóa ra gametophyte chủ yếu phát triển trên chất nền sinh học (Hình 2, A). Hơn nữa, nếu một bào tử có thể được tìm thấy trong suốt cả năm, thì gametophyte chỉ là vào những tháng mùa xuân và mùa hè, khi tảo được tìm thấy, “vật chủ”, mà E. crouaniorum được đính kèm.

Hình 2 Tần suất xuất hiện của sporophyte và gametophyte của hai loại tảo, tùy thuộc vào chất nền của tập tin đính kèm. Hình từ bài viết được thảo luận trong Tiến hóa

Chu kỳ sống tương tự là đặc trưng của loài được nghiên cứu thứ hai, E. siliculosus, trong vùng lân cận của Naples (Hình 2, B). Và như chất nền để gắn một gametophyte được sử dụng cùng một loại "máy chủ" Scytosiphon lomentaria. Về mặt sơ đồ, vòng đời này được mô tả trong hình. 3 ở trên cùng.

Hình 3 Đề án vòng đời của tảo nâu thuộc chi Ectocarpus. Trên: Diploid sporophyte (SP) tạo ra bào tử haploid bằng meiosis (meiospores). Các bào tử đầu tiên sau đó giải quyết và phát triển thành một gametophyte nam hoặc nữ (G). Gametophyte bởi mitosis tạo ra các gam di động.Các giao tử nam và nữ sau đó hợp nhất để tạo thành một hợp tử lưỡng tính, từ đó bào tử phát triển. Đề án này là điển hình cho E. crouaniorum ở Roscoff và E. siliculosus ở Naples. Và đối với dân số E. siliculosus Roscof được đặc trưng bởi một sự thay đổi của vòng đời (xuống dưới). Diporid sporophyte có thể hình thành bào tử cũng bởi mitosis (mitospores). Những tranh chấp này, cũng là lúc đầu tiên, giải quyết và phát triển thành một sporophyte có gen giống hệt với cha mẹ. Hình từ bài viết được thảo luận trong Tiến hóa

Kết quả không mong đợi đã nghiên cứu E. siliculosus ở Pháp, hóa ra loài rong biển này không sống ở đây như là đại diện của cùng một loài ở Ý. Ở Pháp E. siliculosus Nó cũng có thể được gắn vào đá (epilith) hoặc thalli của tảo các loài khác (epiphyte). Sự khác biệt từ dân số Ý là, trước tiên, danh sách các "tảo" của tảo rộng hơn ở đây, E. siliculosus có thể được tìm thấy thường xuyên trên 13 loại tảo khác nhau, và không chỉ trên Scytosiphon lomentaria. Và thứ hai, chủ yếu là sporophyte lưỡng bội có mặt trên cả hai chất nền sinh học và phi sinh học (Hình 2, C). Về mặt sơ đồ, vòng đời này được mô tả trong hình. 3 bên dưới.

Do đó, giả thuyết “sinh thái” về hai loài tảo nâu được nghiên cứu không được hoàn thành và không thể giải thích sự hiện diện của các pha haploid và lưỡng bội.Thật vậy, các tính năng của môi trường sống của vi sinh vật sporophyte E. siliculosus ở Pháp, chúng chồng chéo lên nhau những đặc điểm hoàn toàn đặc trưng của một gametophyte và một sporophyte của cùng một loài ở Ý. Theo các tác giả của bài viết, tiến bộ trong việc giải thích tình huống này là có thể khi nghiên cứu các tính năng tinh tế hơn của các vòng đời của các loại tảo này. Một kết luận khác có thể được thực hiện là, rất có thể, thời gian của các giai đoạn lưỡng bội và lưỡng bội không thể được giải thích bởi một số lý thuyết chung. Nói cách khác, các đặc điểm riêng biệt của từng loài có thể rất quan trọng – một ý tưởng thường bị bỏ qua bởi các nhà lý thuyết trong lĩnh vực sinh học.

Nguồn: Lucia Couceiro, Mickael Le Gac, Heather M. Hunsperger, Stephane Mauger, Christophe Destombe, J. Mark Dick, Sophia Ahmed, Susana M. Coelho, Myriam Valero và Akira F. Peters. Tiến hóa và duy trì quần thể tự nhiên: Ectocarpus // Tiến hóa. 2015. V. 67. P. 1808-1822.

Alexey Opaev


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

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