Biologisk livssyklus - Biological life cycle

Livssyklus for en mygg . En voksen hunnmygg legger egg som utvikler seg gjennom flere stadier til voksen alder. Reproduksjon fullfører og foreviger syklusen.

I biologi er en biologisk livssyklus (eller bare livssyklus eller livssyklus når den biologiske konteksten er klar) en rekke endringer i form som en organisme gjennomgår og vender tilbake til starttilstanden. "Konseptet er nært beslektet med livshistorien, utviklingen og ontogenien , men skiller seg fra dem ved å understreke fornyelse." Formoverganger kan innebære vekst, aseksuell reproduksjon eller seksuell reproduksjon .

I noen organismer etterfølger forskjellige "generasjoner" av arten hverandre i løpet av livssyklusen. For planter og mange alger er det to flercellede stadier, og livssyklusen blir referert til som generasjon . Begrepet livshistorie brukes ofte, spesielt om organismer som rødalger som har tre flercellede stadier (eller flere), i stedet for to.

Livssykluser som inkluderer seksuell reproduksjon involverer vekslende haploide ( n ) og diploide (2 n ) stadier, dvs. en endring av ploidi er involvert. For å gå tilbake fra et diploid stadium til et haploitt stadium, må meiose forekomme. Når det gjelder endringer i ploidi , er det tre typer sykluser:

  • haplontisk livssyklus - det haploide stadiet er flercellet og diploidstadiet er en enkeltcelle, meiose er "zygotisk".
  • diplontisk livssyklus - diploidstadiet er flercellet og haploide gameter dannes, meiose er "gametisk".
  • haplodiplontisk livssyklus (også referert til som diplohaplontisk , diplobiontisk eller dibiontisk livssyklus) - multicellulære diploide og haploide stadier forekommer, meiose er "sporisk".

Syklusene er forskjellige når mitose (vekst) oppstår. Zygotisk meiose og gametisk meiose har ett mitotisk stadium: mitose oppstår under n -fasen i zygotisk meiose og under 2 n -fasen i gametisk meiose. Derfor kalles zygotisk og gametisk meiose samlet "haplobiontisk" (enkelt mitotisk fase, for ikke å forveksle med haplontisk). Sporisk meiose, derimot, har mitose i to stadier, både diploide og haploide stadier, kalt "diplobiontisk" (for ikke å forveksle med diplontikk).

Oppdagelse

Studiet av reproduksjon og utvikling hos organismer ble utført av mange botanikere og zoologer.

Wilhelm Hofmeister demonstrerte at veksling av generasjoner er en funksjon som forener planter, og publiserte dette resultatet i 1851 (se planteseksualitet ).

Noen begreper (haplobiont og diplobiont) som ble brukt for beskrivelse av livssykluser ble først foreslått for alger av Nils Svedelius, og ble deretter brukt for andre organismer. Andre begreper (autogami og gamontogami) som ble brukt i protistiske livssykluser ble introdusert av Karl Gottlieb Grell. Beskrivelsen av de komplekse livssyklusene til forskjellige organismer bidro til å motstå ideene om spontan generasjon på 1840- og 1850 -tallet.

Haplontisk livssyklus

Zygotisk meiose

En zygotisk meiose er en meiose av en zygote umiddelbart etter karyogami , som er sammensmeltningen av to cellekjerner . På denne måten avslutter organismen sin diploide fase og produserer flere haploide celler. Disse cellene deler seg mitotisk for å danne enten større, flercellede individer eller flere haploide celler. To motsatte typer kjønnsceller (f.eks. Mann og kvinne) fra disse individene eller cellene smelter sammen til å bli en zygote.

I hele syklusen er zygoter den eneste diploide cellen; mitose forekommer bare i den haploide fasen.

Individene eller cellene som følge av mitose er haploner, derfor kalles denne livssyklusen også haplontisk livssyklus. Haplonts er:

Diplontisk livssyklus

Gametisk meiose

I gametisk meiose, i stedet for umiddelbart å dele meiotisk for å produsere haploide celler, deler zygoten seg mitotisk for å produsere et flercellet diploidindivid eller en gruppe mer encellede diploide celler. Celler fra diploide individer gjennomgår deretter meiose for å produsere haploide celler eller kjønnsceller . Haploide celler kan dele seg igjen (ved mitose) for å danne flere haploide celler, som i mange gjær, men den haploide fasen er ikke den dominerende livssyklusfasen. I de fleste diploner forekommer mitose bare i diploidfasen, dvs. gameter dannes vanligvis raskt og smelter sammen for å produsere diploide zygoter.

I hele syklusen er gameter vanligvis de eneste haploide cellene, og mitose forekommer vanligvis bare i diploidfasen.

Det diploide flercellede individet er et diplont, derfor kalles en gametisk meiose også en diplontisk livssyklus. Diplomer er:

Haplodiplontisk livssyklus

Sporisk meiose

Ved sporisk meiose (også kjent som intermediær meiose) deler zygoten seg mitotisk for å produsere en multicellulær diploid sporofytt . Sporofytten skaper sporer via meiose som også deretter deler mitotisk produserende haploide individer kalt gametofytter . Gametofyttene produserer kjønnsceller via mitose. I noen planter er gametofytten ikke bare liten, men også kortvarig; i andre planter og mange alger er gametofytt det "dominerende" stadiet i livssyklusen.

Haplodiplonts er:

Noen dyr har et kjønnsbestemmelsessystem kalt haplodiploid , men dette er ikke relatert til den haplodiplontiske livssyklusen.

Vegetativ meiose

Noen rødalger (som Bonnemaisonia og Lemanea ) og grønne alger (som Prasiola ) har vegetativ meiose, også kalt somatisk meiose, som er et sjeldent fenomen. Vegetativ meiose kan forekomme i haplodiplontisk og også i diplontiske livssykluser. Gametofyttene forblir festet til og en del av sporofytten. Vegetative (ikke-reproduktive) diploide celler gjennomgår meiose og genererer vegetative haploide celler. Disse gjennomgår mange mitoser, og produserer kjønnsceller.

Et annet fenomen, kalt vegetativ diploidisering, en type apomixis , forekommer hos noen brunalger (f.eks. Elachista stellaris ). Celler i en haploid del av planten dupliserer spontant kromosomene sine for å produsere diploid vev.

Parasittisk livssyklus

Parasitter er avhengige av utnyttelse av en eller flere verter . De som må infisere mer enn én vertsarter for å fullføre sin livssyklus er sagt å ha komplekse eller indirekte livssyklus. Dirofilaria immitis , eller hjerteormen, har for eksempel en indirekte livssyklus. Den mikrofila må først inntas av en kvinnelig mygg , hvor det utvikler seg til den infeksiøs larvestadiet. Myggen biter deretter et dyr og overfører de smittende larvene til dyret, hvor de vandrer til lungearterien og modnes til voksne.

De parasittene som infiserer en enkelt art har direkte livssykluser. Et eksempel på en parasitt med en direkte livssyklus er Ancylostoma caninum , eller hjørnetorm. De utvikler seg til det smittende larvestadiet i miljøet, og trenger deretter direkte inn i hundens hud og modnes til voksne i tynntarmen .

Hvis en parasitt må infisere en gitt vert for å fullføre livssyklusen, sies det å være en obligatorisk parasitt av den verten; Noen ganger er infeksjon fakultativ - parasitten kan overleve og fullføre livssyklusen uten å infisere den aktuelle vertsarten. Parasitter infiserer noen ganger verter der de ikke kan fullføre livssyklusene; Dette er tilfeldige verter.

En vert der parasitter reproduserer seksuelt er kjent som den endelige, siste eller primære verten. I mellomliggende verter reproduserer parasitter enten ikke eller gjør det aseksuelt, men parasitten utvikler seg alltid til et nytt stadium i denne typen vert. I noen tilfeller vil en parasitt infisere en vert, men ikke gjennomgå noen utvikling, disse vertene er kjent som paratenic eller transportvert. Paratenisk vert kan være nyttig for å øke sjansen for at parasitten vil bli overført til den definitive verten. For eksempel bruker kattens lungeorm ( Aelurostrongylus abstrusus ) en snegle eller snegl som en mellomliggende vert; den første etappen larven kommer inn i bløtdyret og utvikler seg til den tredje fasen larven, som er smittsom for den definitive verten - katten. Hvis en mus spiser sneglen, kommer larven i tredje trinn inn i musens vev, men vil ikke gjennomgå noen utvikling.

Livssyklus for apicomplexan , Babesia , Livssyklus for den encellede parasitten Babesia, inkludert infeksjon til mennesker

Utvikling

Den primitive typen livssyklus hadde sannsynligvis haploide individer med aseksuell reproduksjon. Bakterier og archaea viser en livssyklus som dette, og noen eukaryoter gjør det tilsynelatende også (f.eks. Cryptophyta , Choanoflagellata , mange Euglenozoa , mange Amoebozoa , noen røde alger, noen grønne alger , de ufullkomne soppene , noen rotifere og mange andre grupper, ikke nødvendigvis haploid). Imidlertid er disse eukaryotene sannsynligvis ikke primitivt aseksuelle, men har mistet sin seksuelle reproduksjon, eller det ble bare ikke observert ennå. Mange eukaryoter (inkludert dyr og planter) viser aseksuell reproduksjon , som kan være fakultativ eller obligatorisk i livssyklusen, med seksuell reproduksjon mer eller mindre hyppig.

Individuelle organismer som deltar i en biologisk livssyklus eldes og dør vanligvis, mens celler fra disse organismer som forbinder påfølgende livssyklusgenerasjoner (kimlinjeceller og deres etterkommere) er potensielt udødelige. Grunnlaget for denne forskjellen er et grunnleggende problem i biologien. Den russiske biolog og historie Zhores A. Medvedev anses at nøyaktigheten av genom replikative og andre syntetiske systemer alene kan forklare den udødelig bakterie linjer . Snarere trodde Medvedev at kjente trekk ved biokjemi og genetikk ved seksuell reproduksjon indikerer tilstedeværelsen av unike informasjonsvedlikeholds- og restaureringsprosesser på gametogenesestadiet i den biologiske livssyklusen. Spesielt mente Medvedev at de viktigste mulighetene for informasjonsvedlikehold av kimceller skapes ved rekombinasjon under meiose og DNA -reparasjon ; han så på disse som prosesser i kimlinjecellene som var i stand til å gjenopprette integriteten til DNA og kromosomer fra skadetypene som forårsaker irreversibel aldring i ikke-kimlinjeceller, f.eks. somatiske celler .

Forfedrene til hver celle i dag går antagelig tilbake i en ubrutt slekt i over 3 milliarder år til livets opprinnelse . Det er faktisk ikke celler som er udødelige, men flere generasjons cellelinjer. Udødeligheten til en cellelinje avhenger av opprettholdelsen av potensialet for celledeling . Dette potensialet kan gå tapt i en bestemt avstamning på grunn av celleskade, terminal differensiering som oppstår i nerveceller eller programmert celledød ( apoptose ) under utvikling. Opprettholdelse av celledelingspotensialet i den biologiske livssyklusen over påfølgende generasjoner avhenger av unngåelse og nøyaktig reparasjon av celleskade, spesielt DNA -skade . I seksuelle organismer er kontinuiteten til kimlinjen over påfølgende cellesyklusgenerasjoner avhengig av effektiviteten til prosesser for å unngå DNA -skade og reparere de DNA -skadene som oppstår. Seksuelle prosesser i eukaryoter , så vel som i prokaryoter , gir en mulighet for effektiv reparasjon av DNA -skader i kimlinjen ved homolog rekombinasjon .

Se også

  • Generasjonsskifte  - Reproduksjonssyklus av planter og alger
  • Apomixis  - Erstatning av normal seksuell reproduksjon med aseksuell reproduksjon, uten befruktning
  • Haplodiploidy  - Biologisk system der kjønn bestemmes av antall sett med kromosomer
  • Paraseksuell syklus  - Nonseksuell mekanisme for overføring av genetisk materiale uten meiose
  • Partenogenese  - Naturlig form for aseksuell reproduksjon der vekst og utvikling av embryoer skjer uten befruktning
  • Metamorfose - Dyp endring i kroppsstruktur under den postembryoniske utviklingen av en organisme
  • Reproduktiv biologi  - Gren av biologi som studerer reproduksjon
  • Mitotisk rekombinasjon

Referanser

Kilder

  • van den Hoek, C .; Mann; Jahns, HM (1995). Alger: En introduksjon til fykologi . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-31687-3.

Videre lesning