Доминирование гаметофита в жизненном цикле: определение, виды и особенности доминирования
Гаметофит — это гаплоидная многоклеточная стадия развития растения, которая, в большинстве случаев, начинает развиваться из спор и производит половые клетки, называемые гаметами.
Есть два вида гаметофита: мужской и женский.
Большинство растений в ходе эволюции связаны с гаметофитами. И этому есть несколько объяснений:
Наземная среда довольно изменчивая, поэтому диплоидного организму проще сохранить в своем генотипе рецессивные признаки. Именно эти признаки в постоянно меняющихся условиях могут сыграть большую роль в выживании;
Гаметы передвигаются в водной среде, поскольку у споровых растений нет способностей для распространения в среде с другими условиями существования и адаптации к другим типам распространения (с помощью ветра или насекомых);
Жизненный цикл высших растений включает и стадию гаметофита, и стадию спорофита. Гаметофит контролируется половым размножением, а спорофит — бесполым. В процессе образования спор осуществляется мейоз. У высших растений спорофит является диплоидным, а у гаметофита — гаплоидный набор хромосом.
Плоидность — признак, отражающий способность организма к реализации генетического материала.
Исследователями отмечается, что плоидность — не неотъемлемый признак спорофита или гаметофита.
Вопрос доминирования гаметофита в жизненном цикле растения неразрывно связан с самим понятием «жизненный цикл».
Жизненный цикл растения является совокупностью всех фаз развития, которые, начиная с фазы зиготы, сопровождают рост и формирование растения.
Жизненный цикл предполагает чередования половой и бесполой формы размножения — у каждой из них есть свои биологические преимущества.
К преимуществам полового размножения относятся:
- комбинация наследственного материала родительских форм. Комбинации, которые возникают, дают возможность увеличить эволюционные преимущества определенных особей перед другими особями;
- появление особи, которая генетически не является тождественной какой-либо родительской форме. Генетическое разнообразие — это прогрессивный эволюционный признак, позволяющий организму встать на новый уровень в развитии и получить прогрессивные черты развития;
- за счет полового размножения реализуется комбинативная изменчивость и устойчивая ее передача из поколения в поколение;
- в случае естественного отбора половое размножение дает преимущество — оно увеличивает шансы организмов на выживание в постоянно меняющейся среде путем увеличения степени генетического разнообразия.
Отличительная характеристика бесполого размножения заключается в том, что передача наследственных признаков из поколения в поколение происходит без изменений. Наследственный материал родительской особи тиражируется и численность особей быстро растет.
Доминирование гаметофита в жизненном цикле
У растений половое и бесполое поколения чередуются. Спорофит и гаметофит характеризуются схожестью морфологического строения и продолжительностью жизни.
Высшие растения, за исключением мохообразных, характеризуются преобладание спорофита в жизненном цикле. Гаметофит развит слабо и не отличается долговечностью. В жизненном цикле мхов преобладает гаметофит: он отличается длиной от 0,5 до 50 см. Для жизненного цикла мха гаметофит очень важен, так как с его помощью реализуются различные функции:
- фотосинтез или воспроизведение органических веществ на свету при помощи молекулы хлорофилла и в случае разложения молекул воды;
- минеральное питание или транспортировка питательных веществ в растворенном виде в направлении от корня к листу;
- выведение продуктов жизнедеятельности растений и их возвращение в кровоток;
- снабжение водой (осмос).
Жизненный цикл моховидных характеризуется половым размножением, в котором важная роль отводится воде. Она нужна для того, чтобы спермии имели возможность подплывать к архегониям, содержащим половые клетки. Благодаря влажной среде происходит раскрытие антеридиев и высвобождение сперматозоидов. С этим связаны и предпочтения в среде обитания моховидных — влажные и затаенные места.
Развитие спорофита моховидных осуществляется из зиготы внутри женского полового органа (архегонии) и напрямую связано с гаметофитом. Это еще раз указывает на то, что гаметофит доминирует и морфологически, и физиологически. Поэтому в большинстве случаев спорофит относят к органу, который выполняет функцию спорообразования.
Листостебельные мхи, к примеру, имеют спорофит в виде коробочки.
Жизненный цикл моховидных развивался в направлении увеличения самостоятельности гаметофита и морфологического упрощения спорофита — вследствие чего он утрачивал самостоятельно. Все это приводило к эволюционному тупику. В одном архегонии мха содержится только одна яйцеклетка.
Мужское растение образует на собственном теле антеридии или мешочки, в которых находятся сперматозоиды. Гаметы образуются без участия мейоза, поскольку растение является гаплоидным.
Чтобы произошло оплодотворение, мху необходима вода — по ней сперматозоиды переплывают на женское растение и попадают в архегоний. Чтобы переплыть, сперматозоидам достаточно даже сильной росы. По окончании оплодотворения происходит формирование диплоидного спорофита. Для роста спорофиту нужно гаплоидное растение — он пользуется образованными этим растением веществами.
Спорофит не обладает способностью самостоятельно фотосинтезировать.
Что касается эволюции остальных типов растений, то она характеризуется постепенной редукцией гаметофита и доминированием спорофита. Ученые считают, что преобладание спорофита дает возможность выйти из эволюционного тупика и позволяет организмам справляться с разными адаптационными противоречиями намного быстрее. Тем не менее гаметофит доминирует в жизненном цикле мхом, представляющих примитивные формы высших растений.
Гаметофит мхов — свободно живущее самостоятельное растение. Его структуре характерна определенная особенность: наличие побега со множеством листоподобных выростов и ризоидов.
Тело гаметофита мхов содержит ассимиляционную ткань. Но механическая, покровная и запасающая ткани развиты недостаточно хорошо. Мхи — многолетние растения.
Источник
Характеристика гаметофита и спорофита: определения и особенности
Гаметофит — это гаплоидная фаза жизненного цикла высших растений и водорослей, которая берет свое начало из спор и производит, в результате, половые клетки или гаметы.
Спорофит — это диплоидная фаза жизненного цикла растений и водорослей, результатом которой является производство спор.
В жизненном цикле растений наблюдается последовательное чередование спорофита и гаметофита. Гаметофиту отводится роль реализации полового размножения, а спорофиту — обеспечение бесполого типа воспроизведения организма.
У водорослей спорофит возникает из зиготы — внутри него формируются споры. Зигота образуется на половой гаплоидной фазе из женской гаметы — яйцеклетки. Важно, чтобы яйцеклетку оплодотворила мужская половая клетка.
Гаметофит — это гаплоидная фаза в жизненном цикле растительного организма. Он получает развитие из спор и формирует женские и мужские половые клетки. В результате слияния гамет формируется зигота — она дает гаплоидное поколение.
Формирование мужских гамет осуществляется из гаметангий или антеридий. У споровых и семенных растений гаметы имеют разные названия: в первом случае — сперматозоиды, во втором — спермиями.
Сперматозоиды подвижны — эта подвижность достигается за счет жгутиков. Женские гаметы, для сравнения — это неподвижная яйцеклетка: их образование происходит внутри женских гаметангиев.
Архегонии являются женскими гаметангиями растений.
Оплодотворение яйцеклетки наземной растительности осуществляется внутри архегония. Затем происходит спорообразование, и жизненный цикл проходит собственное чередование.
Наиболее заметно чередование поколений у споровых растений. Наблюдается раздельное нахождение гаметофита и спорофита у таких групп растений как:
У этих групп растений преимущество получило гаплоидное поколение. Жизненный цикл папоротников — хороший пример чередования поколений. Гаметофит у них представлен в виде маленького и недолговечного ростка, на котором вырастает спорофит.
У мхов фазы не разделяются — в этом случае коробочка со спорами формируется на гаметофите. Что касается цветковых растений, то мужские гаметы здесь формируются внутри тычинок, которые осуществляют перенос мужских половых клеток на пестики.
Гаметофит голосеменных имеет особенность. У голосеменных растений семена находятся в открытом виде в шишках, при этом процесс оплодотворения практически не отличается от процесса, происходящего у покрытосеменных. Развитие семени голосеменных происходит из семязачатка (он открыт на семенной чешуе), а у покрытосеменных семя находится внутри плода (мужской гаметофит покрытосеменных).
Выделяют несколько этапов в жизненном цикле растительных организмов:
- формирование спорофита и спор;
- преобразование спорофита и спор в молодой гаметофит;
- образование гамет.
Особенности гаметофита и спорофита
Остановимся подробнее на том, что такое спорофит и гаметофит.
Гаметофит и спорофит растений отличаются как минимум по двум критериям: размеру и этапу оформления.
Также, к примеру, гаметофит относится к гаплоидам и характеризуется наличием одинарного набора хромосом. Спорофит же относится к диплоидам и обладает двойным набором хромосом.
Гаметофит обеспечивает половое размножение, а спорофит — бесполое.
С началом в гаметофите мейоза происходит запуск процесса образования гамет — эти гаметы отличаются высокой активностью.
У большинства растений в жизненном цикле преобладает спорофит. Это связано с определенными преимуществами, которые он обеспечивает. Если среда водная, то у гамет есть возможность передвигаться. А вот в наземно-воздушной среде у растений нет возможностей для перемещения собственных спор. Диплоидные растения легче сохраняют рецессивные признаки в сложных условиях на поверхности земли. Эти признаки в дальнейшем могут обеспечить выживание.
У разных групп растений соотношение спорофита и гаметофита разное. К примеру, для высших растений (за исключением мхов) характерно преобладание гаплоидности. Этому есть объяснение: в природе наличие семени важно для дальнейшей жизни. Гаметофит отвечает за реализацию непосредственного оплодотворения. Споры же нужны для распространения и произрастания вида на планете.
Только диплоидные организмы способны справляться с резкой сменой условий обитания. По этой причине диплоидное поколение преобладает у наземных растений, а у подводных растений чаще встречается гаметофит или гаплоидная часть.
К примеру, для одноклеточных водорослей (хламидомонад) характерно преобладание гаплоидности на протяжении всего периода жизни.
Отличия гаметофита от спорофита заключаются в:
- мейоз — способ образования спор из спорофита;
- гаметофит образуется из споры;
- как результат мейоза — образование половых клеток из гаметофита.
Для зиготы и спорофита характерны диплоидные свойства, а вот споры и гаметофит связаны с гаплоидностью.
Спорофит мхов (прорастание споры) начинается с «зеленой нити», затем предросток дает начало гаметофиту. Споры семенных растений прорастают непосредственно внутри спорофита. Макроспора прорастает в женский гаметофит — в нем происходит образование яйцеклетки. Мужской гаметофит прорастает в пыльцевое зерно — в нем образуются спермии.
В изучении особенностей спорофита и гаметофита важны следующие моменты:
- гаметофит папоротников, гаметофит плаунов и хвощей — это их заросток;
- образование половых клеток происходит только в органах гаметофита;
- женский гаметофит цветковых растений — это зародышевый мешок. В нем находится 7 клеток, в том числе яйцеклетка и центральная клетка с диплоидным набором хромосом;
- в состав мужского гаметофита входят вегетативная клетка, превращающаяся в пыльцевую трубку, и генеративная клетка, продуцирующая образование двух спермиев. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а второй участвует в оплодотворении центральной клетки. Как результат — появляется диплоидная зигота и триплоидный эндосперм.
Разделение спорофита и гаметофита — важный этап эволюционного процесса растений, который обусловил их высокий уровень приспособленности к окружающей среде.
Источник