Isogamia: características e tipos

O isogamia é um sistema reprodutivo da planta onde os gâmetas são morfologicamente semelhantes. A semelhança ocorre em forma e tamanho, e as células sexuais femininas e masculinas não podem ser distinguidas.Este sistema reprodutivo é considerado ancestral. Ocorre em diferentes grupos de algas, fungos e protozoários.

Os gametas envolvidos na isogamia podem ser móveis (ciliados) ou não. A união do mesmo ocorre por conjugação. As células sexuais indiferenciadas fundem e trocam material genético.

Isogamia: características e tipos 1

Isogamia Modificado de M. Piepenbring [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

A isogamia pode ser homotálica ou heterotálica. É homotálico quando ocorre a fusão entre gametas que têm o mesmo genoma. Na isogamia heterotônica, os gametas têm uma composição genética diferente.

Caracteristicas

Isogamia: características e tipos 2

Fonte: M. Piepenbring [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

A reprodução da isogamia ocorre por conjugação. Nisso, o conteúdo de uma célula se move para outra e ocorre a fusão.

Os processos de carigamia (fusão do núcleo) e plasmogamia (fusão do citoplasma) estão envolvidos. A diferenciação de células somáticas em sexo pode estar associada a condições ambientais. Também pode influenciar a interação com outros indivíduos da mesma espécie.

Após a diferenciação, os gametas devem encontrar e reconhecer outras células sexuais. Nos grupos em que a isogamia ocorre, o reconhecimento e a fusão dos gametas ocorrem de maneiras diferentes.

As células sexuais podem ser flageladas ou imóveis. Em alguns casos, são grandes, como em algumas algas verdes.

Tipos

Existem dois tipos de isogamia relacionados à composição genética dos gametas.

Isogamia do Homotale

O gameta de um indivíduo é conjugado com outro do mesmo grupo clonal. Nesse caso, considera-se que a autofertilização ocorre.

Todos os núcleos têm o mesmo genótipo e não há interação com um genótipo diferente. As células somáticas se diferenciam diretamente nas células sexuais.

Os gametas se formam em populações clonais e subsequentemente ocorre a fusão para formar o zigoto.

Isogamia heterotalica

Os gametas são produzidos em diferentes indivíduos, que têm uma composição genética diferente.

É necessário que os gametas tenham compatibilidade genética para que a fusão ocorra. Geralmente dois tipos de gametas são formados. O “mais” e o “menos” são compatíveis entre si.

A célula gametangial (que produz o gameta) de um tipo forma um par com a do outro tipo. Estes são reconhecidos através de comunicações químicas que, em alguns casos, envolvem produção de feromônios.

Organismos com gametas isogámicos

A condição de isogamia parece dominar os organismos unicelulares, enquanto a anisogamia é quase universal para eucariotos multicelulares. Na maioria das linhagens eucarióticas de organismos unicelulares, os gametas são iguais em tamanho e não fazemos distinção entre machos e fêmeas.

Organismos modelo

Nos eucariotos, há um número significativo de espécies com gametas isogâmicos. No entanto, apenas mencionaremos os gêneros que aparecem constantemente na literatura biológica – embora existam muitos mais.

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A conhecida ameba social da espécie Dictyostelium discoideum, a levedura comum que usamos para a produção de alimentos Saccharomyces cerevisiae e o protozoário parasita causador da doença do sono Trypanosoma brucei são exemplos de organismos com gametas idênticos.

Nas algas verdes, a isogamia é um fenômeno comum. De fato, existem dois tipos de isogamia nesses organismos.

Algumas espécies produzem gametas de tamanho relativamente médio com um sistema fototático representado por uma mancha ocular. Outras espécies têm gametas iguais, mas muito menores que no caso anterior. Além disso, eles não têm o olho.

Exceções à regra

No entanto, não se pode fazer uma observação tão radical e restringir os gametas isogámicos a linhagens unicelulares e anisogámicos a seres multicelulares.

De fato, as plantas têm algumas exceções a essa regra, já que os gêneros de algas verdes coloniais, como Pandorina, Volvulina e Yamagishiella, têm a condição de isogamia.

Há também exceções ao contrário, uma vez que existem organismos unicelulares, como as algas verdes da ordem Bryopsidales que possuem gametas diferentes.

Isogamia de algas

A presença de dois tipos de células sexuais associadas à isogamia tem sido observada em algas.

Em alguns grupos, os gametas são de tamanho médio e possuem mecanismos de fototaxia. É apresentada uma mancha ocular que recebe o estímulo luminoso.

Eles geralmente estão associados à presença de cloroplastos e à capacidade de acumular substâncias de reserva. Em outros casos, os gametas são muito pequenos e não têm olho.

A reprodução sexual em algas com isogamia ocorre de maneira diferente.

Chlamydomonas

É um grupo de algas verdes unicelulares, com dois flagelos. Apresenta isogamia heterotelial. Em algumas espécies, pode ocorrer isogamia homotale.

As células vegetativas haploides diferem nas células sexuais quando as condições de nitrogênio aumentam no ambiente. Existem dois tipos de gametas, com diferentes suplementos genéticos.

Os gametas produzem aglutininas (moléculas de adesão) que favorecem a união dos flagelos. Após a fusão, os dois gametas fornecem as informações genéticas necessárias para o desenvolvimento do embrião.

Closterium

Essas algas pertencem à divisão Charyophyta. Eles são unicelulares. Eles têm isogamia homotelial e heterotalica.

Os gametas não são móveis. Nesse caso, quando as células sexuais se originam, uma papila de conjugação é formada. Os citoplasmas são liberados pela ruptura da parede celular.

Posteriormente, ocorre a fusão dos protoplasmas de ambos os gametas e o zigoto é formado. Considera-se que existe atração química entre os diferentes tipos genéticos na isogamia heterotálica.

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Algas marinhas

São organismos multicelulares, com gametas isogâmicos flagelados. Outros grupos se reproduzem por anisogamia ou oogamia.

Os gametas são morfologicamente iguais, mas se comportam de maneira diferente. Existem espécies em que o tipo feminino libera feromônios que atraem o tipo masculino.

Em outros casos, um tipo de gameta se move por um curto período. Em seguida, engula o flagelo e libere feromônios. O outro tipo se move por mais tempo e possui um receptor de sinal de feromônio.

Isogamia em fungos

Ocorre isogamia do tipo homotálico e heterotálico. Na maioria dos casos, o reconhecimento de gametas está associado à produção de feromônios.

Leveduras

Em vários grupos unicelulares, como Saccharomyces , os gametas diferem em resposta a uma mudança na composição do meio de cultura. Sob certas condições, como baixos níveis de nitrogênio, as células somáticas se dividem por meiose.

Gâmetas com diferentes constituições genéticas são reconhecidos por sinais de feromônios. As células formam projeções em direção à fonte de feromônios e unem seus ápices. Os núcleos de ambos os gametas migram até se fundirem e formarem uma célula diplóide (zigoto).

Fungos filamentosos

Eles são organismos multicelulares. Apresentam principalmente sistemas heterotálicos. Durante o desenvolvimento sexual, eles formam estruturas doadoras (masculinas) e receptivas (femininas).

A fusão de células pode ocorrer entre uma hifa e uma célula mais especializada ou entre duas hifas . A entrada do núcleo doador (masculino) na hifa estimula o desenvolvimento de um corpo frutífero.

Os núcleos não se fundem imediatamente. O corpo frutífero forma uma estrutura dicariótica, com núcleos de diferentes constituições genéticas. Posteriormente, os núcleos se fundem e se dividem por meiose.

Isogamia em protozoários

A isogamia ocorre em grupos unicelulares flagelados. Esses organismos ciliados estabelecem conexão citoplasmática entre gametas em áreas especializadas da membrana plasmática.

Os grupos ciliados têm dois núcleos, um macronucleus e um micronucleus. O macronucleus é a forma somática. O micronúcleo diplóide é dividido pela meiose e forma o gameta.

Núcleos haplóides são trocados por uma ponte citoplasmática. Posteriormente, os citoplasmas de cada célula são restaurados e recuperam sua autonomia. Esse processo é único nos eucariotos.

Em Euplotes feromonas específicas de cada tipo genético são produzidos. As células param o crescimento somático quando detecta um feromônio de diferentes constituições genéticas.

Para espécies de Dileptus , moléculas de reconhecimento são apresentadas na superfície celular. Os gametas compatíveis são unidos por proteínas de adesão nos cílios.

No Paramecium , substâncias de reconhecimento são produzidas entre gametas compatíveis. Essas substâncias promovem a união das células sexuais, assim como sua adesão e subsequente fusão.

Consequências ecológicas e evolutivas

Inversão parental simétrica

Na biologia evolutiva, um dos tópicos mais discutidos quando falamos de organismos complexos (como mamíferos) é a inversão dos pais. Esse conceito foi desenvolvido pelo eminente biólogo Sir Ronald Fisher em seu livro ” A teoria genética da seleção natural ” e envolve as despesas dos pais para o bem-estar dos filhos.

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A igualdade nos gametas implica que o investimento dos pais será simétrico para ambos os organismos envolvidos no evento de reprodução.

Ao contrário do sistema de anisogamia, onde a inversão dos pais é assimétrica, e é o gameta feminino que fornece a maioria dos recursos não genéticos (nutrientes, etc.) para o desenvolvimento do zigoto. Com a evolução dos sistemas que apresentam dimorfismo em seus gametas, também foi desenvolvida uma assimetria nos organismos parentais.

Evolução

De acordo com as evidências e os padrões de reprodução que encontramos nas espécies modernas, parece lógico considerar a isogamia como a condição ancestral, aparecendo nos estágios iniciais da reprodução sexual.

Em várias linhagens de organismos multicelulares, como plantas e animais, um sistema de reprodução diferencial evoluiu independentemente, onde os gametas femininos são grandes e imóveis e os machos pequenos e com capacidade de se mover para o óvulo.

Embora as trajetórias precisas da mudança de uma condição isoglâmica para uma condição anogrêmica sejam desconhecidas, várias teorias foram formuladas.

Teoria 1

Um deles destaca uma possível compensação entre o tamanho dos gametas e o número deles. Segundo esse argumento, a origem da anisogamia é uma estratégia evolutivamente estável causada pela seleção disruptiva na busca de eficiência e sobrevivência do zigoto.

Teoria 2

Outra teoria procura explicar o fenômeno como uma maneira de compensar uma célula estacionária (óvulo) com muitas células com capacidade de movimento (esperma).

Teoria 3

Uma terceira visão explica a geração de anisogamia como uma característica adaptativa para evitar conflitos entre o núcleo e o citoplasma devido à herança uniparental das organelas.

Referências

  1. A sinalização dos gametas de Hadjivasiliou Z e A Pomiankowski (2016) está subjacente à evolução dos tipos de acasalamento e seu número. Phil. Trans. R. Soc. B 371: 1-12.
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  4. Togashia T, JL Bartelt, J Yoshimura, K Tainakae e PA Cox (2012) As trajetórias evolutivas explicam a evolução diversificada da isogamia e anisogamia nas algas verdes marinhas. Proc Natl Acad Sei 109: 13692-13697.
  5. Tsuchikane Y. M Tsuchiya, F. Hinka, H. Nozaki e H. Sekimoto (2012) Formação de zigospores entre cepas homotálicas e heterotálicas de Closterium . Sex Plant Reprod 25: 1-9.

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