ISOGAMIA: CARATTERISTICHE E TIPOLOGIE - BIOLOGIA - 2025

L' isogamia è un sistema riproduttivo vegetale in cui i gameti sono morfologicamente simili. La somiglianza si verifica nella forma e nelle dimensioni e le cellule sessuali maschili e femminili non possono essere distinte. Questo sistema riproduttivo è considerato ancestrale. Si presenta in diversi gruppi di alghe, funghi e protozoi.

I gameti coinvolti nell'isogamia possono essere mobili (ciliati) o meno. L'unione della stessa avviene per coniugazione. Le cellule sessuali indifferenziate si fondono e si scambiano materiale genetico.

Isogamia. Modificato da M. Piepenbring, tramite Wikimedia Commons

L'isogamia può essere omotalica o eterotalica. È omotalico quando la fusione avviene tra gameti che hanno lo stesso genoma. Nell'isogamia eterotalica, i gameti hanno una composizione genetica diversa.

caratteristiche

Fonte: M. Piepenbring

La riproduzione per isogamia avviene per coniugazione. In questo, il contenuto di una cella si sposta in un'altra e avviene la fusione.

Sono coinvolti processi di carigamia (fusione di nuclei) e plasmogamia (fusione di citoplasma). La differenziazione delle cellule somatiche in cellule sessuali può essere associata a condizioni ambientali. Anche l'interazione con altri individui della stessa specie può influenzare.

Dopo la differenziazione, i gameti devono trovare e riconoscere altre cellule sessuali. Nei gruppi in cui si verifica l'isogamia, il riconoscimento e la fusione dei gameti avviene in modi diversi.

Le cellule sessuali possono essere flagellate o immobili. In alcuni casi sono grandi, come in alcune alghe verdi.

tipi

Esistono due tipi di isogamia legati alla composizione genetica dei gameti.

Isogamia omotalica

Il gamete di un individuo è coniugato con un altro dello stesso gruppo clonale. In questo caso, si considera che si verifichi l'autofecondazione.

Tutti i nuclei hanno lo stesso genotipo e non c'è interazione con un genotipo diverso. Le cellule somatiche si differenziano direttamente in cellule sessuali.

I gameti si formano nelle popolazioni clonali e successivamente avviene la fusione per formare lo zigote.

Isogamia eterotalica

I gameti sono prodotti in individui diversi, che hanno un diverso corredo genetico.

I gameti devono avere compatibilità genetica affinché avvenga la fusione. Generalmente si formano due tipi di gameti. Il "più" e il "meno" che sono compatibili tra loro.

La cellula gametangiale (che produce il gamete) di un tipo forma una coppia con quella dell'altro tipo. Questi vengono riconosciuti attraverso comunicazioni chimiche che in alcuni casi comportano la produzione di feromoni.

Organismi con gameti isogamici

La condizione di isogamia sembra dominare negli organismi unicellulari, mentre l'anisogamia è quasi universale per gli eucarioti multicellulari. Nella maggior parte delle linee eucariotiche di organismi unicellulari, i gameti hanno dimensioni uguali e non distinguiamo tra maschi e femmine.

Organismi modello

Negli eucarioti esiste un numero significativo di specie con gameti isogamici. Tuttavia, menzioneremo solo i generi che appaiono costantemente nella letteratura biologica, sebbene ce ne siano molti altri.

La ben nota ameba sociale della specie Dictyostelium discoideum, il lievito comune che usiamo per preparare il cibo Saccharomyces cerevisiae e il protozoo parassita che causa la malattia del sonno Trypanosoma brucei sono tutti esempi di organismi con gameti identici.

Nelle alghe verdi l'isogamia è un fenomeno comune. In effetti, ci sono due tipi di isogamia in questi organismi.

Alcune specie producono gameti di dimensioni relativamente medie con un sistema fototattico rappresentato da una macchia oculare. Altre specie hanno gli stessi gameti, ma molto più piccoli rispetto al caso precedente. Inoltre, mancano del punto per gli occhi.

Eccezioni alla regola

Tuttavia, non è possibile fare un'osservazione così radicale e limitare i gameti isogamici a lignaggi unicellulari e anisogamici a esseri multicellulari.

Le piante, infatti, presentano alcune eccezioni a questa regola, poiché i generi di alghe verdi coloniali come Pandorina, Volvulina e Yamagishiella presentano la condizione di isogamia.

Esistono anche eccezioni nella direzione opposta, poiché sono presenti organismi unicellulari, come le alghe verdi dell'ordine Bryopsidales che presentano gameti differenti.

Isogamia nelle alghe

Nelle alghe è stata osservata la presenza di due tipi di cellule sessuali associate all'isogamia.

In alcuni gruppi, i gameti sono di medie dimensioni e hanno meccanismi di fototassi. C'è un punto dell'occhio che è stimolato dalla luce.

Sono generalmente associati alla presenza di cloroplasti e alla capacità di accumulare sostanze di riserva. In altri casi, i gameti sono molto piccoli e non hanno un punto oculare.

La riproduzione sessuale nelle alghe isogamia avviene in modo diverso.

Chlamydomonas

È un gruppo di alghe verdi unicellulari, con due flagelli. Presenta isogamia eterotalica. L'isogamia omotalica può verificarsi in alcune specie.

Le cellule vegetative aploidi si differenziano in cellule sessuali quando le condizioni dell'azoto aumentano nel mezzo. Esistono due tipi di gameti, con diversi complementi genetici.

I gameti producono agglutinine (molecole di adesione) che promuovono l'attaccamento dei flagelli. Dopo la fusione, i due gameti forniscono le informazioni genetiche necessarie per lo sviluppo dell'embrione.

Closterium

Queste alghe appartengono alla divisione Charyophyta. Sono unicellulari. Presentano isogamia omotalica ed eterotalica.

I gameti non sono mobili. In questo caso, quando hanno origine le cellule sessuali, si forma una papilla di coniugazione. I citoplasmi vengono rilasciati abbattendo la parete cellulare.

Successivamente, si verifica la fusione dei protoplasmi di entrambi i gameti e si forma lo zigote. Si ritiene che l'attrazione chimica tra i diversi tipi genetici avvenga nell'isogamia eterotalica.

Alghe brune

Sono organismi multicellulari, con gameti isogami flagellati. Altri gruppi si riproducono per anisogamia o oogamia.

I gameti sono morfologicamente gli stessi, ma si comportano in modo diverso. Ci sono specie in cui il tipo femminile rilascia feromoni che attirano il tipo maschile.

In altri casi, un tipo di gamete si muove per un breve periodo. Quindi, ingerire il flagello e rilasciare i feromoni. L'altro tipo si muove più a lungo e ha un recettore per il segnale dei feromoni.

Isogamia nei funghi

Si verifica l'isogamia di entrambi i tipi omotalico ed eterotalico. Nella maggior parte dei casi, il riconoscimento dei gameti è associato alla produzione di feromoni.

lieviti

In diversi gruppi unicellulari come Saccharomyces, i gameti si differenziano in risposta a un cambiamento nella composizione del terreno di coltura. In determinate condizioni, come bassi livelli di azoto, le cellule somatiche si dividono per meiosi.

I gameti con un diverso corredo genetico sono riconosciuti dai segnali dei feromoni. Le cellule formano proiezioni verso la fonte dei feromoni e uniscono i loro apici. I nuclei di entrambi i gameti migrano fino a fondersi e formare una cellula diploide (zigote).

Funghi filamentosi

Sono organismi multicellulari. Presentano principalmente sistemi eterothallic. Durante lo sviluppo sessuale formano strutture donatrici (maschi) e ricettive (femmine).

La fusione cellulare può avvenire tra un'ifa e una cellula più specializzata o tra due ife. L'ingresso del nucleo donatore (maschio) nell'ifa, stimola lo sviluppo di un corpo fruttifero.

I nuclei non si fondono immediatamente. Il corpo fruttifero forma una struttura dikaryotic, con nuclei di diversa composizione genetica. Successivamente, i nuclei si fondono e si dividono per meiosi.

Isogamia nei protozoi

L'isogamia si verifica nei gruppi unicellulari flagellati. Questi organismi ciliati stabiliscono una connessione citoplasmatica tra i gameti in aree specializzate della membrana plasmatica.

I gruppi ciliati hanno due nuclei, un macronucleo e un micronucleo. Il macronucleo è la forma somatica. Il micronucleo diploide si divide per meiosi e forma il gamete.

I nuclei aploidi vengono scambiati da un ponte citoplasmatico. Successivamente, i citoplasma di ogni cellula vengono ripristinati e riacquistano la loro autonomia. Questo processo è unico all'interno degli eucarioti.

In Euplotes vengono prodotti feromoni specifici di ogni tipo genetico. Le cellule arrestano la crescita somatica quando rilevano un feromone di diversa composizione genetica.

Per le specie Dileptus, le molecole di riconoscimento sono presentate sulla superficie cellulare. I gameti compatibili sono legati dalle proteine ​​di adesione nelle ciglia.

In Paramecium, le sostanze di riconoscimento vengono prodotte tra gameti compatibili. Queste sostanze favoriscono l'unione delle cellule sessuali, così come la loro adesione e la successiva fusione.

Conseguenze ecologiche ed evolutive

Investimento genitoriale simmetrico

Nella biologia evolutiva, uno degli argomenti più discussi quando si parla di organismi complessi (come i mammiferi) è l'investimento dei genitori. Questo concetto è stato sviluppato dall'eminente biologo Sir Ronald Fisher nel suo libro "La teoria genetica della selezione naturale", e coinvolge le spese dei genitori per il benessere dei giovani.

L'uguaglianza nei gameti implica che l'investimento dei genitori sarà simmetrico per entrambi gli organismi coinvolti nell'evento riproduttivo.

A differenza del sistema anisogamia, dove l'investimento dei genitori è asimmetrico, ed è il gamete femminile che fornisce la maggior parte delle risorse non genetiche (nutrienti, ecc.) Per lo sviluppo dello zigote. Con l'evoluzione dei sistemi che presentano dimorfismo nei loro gameti, si è sviluppata un'asimmetria anche negli organismi parentali.

Evoluzione

Secondo le prove e gli schemi di riproduzione che troviamo nelle specie moderne, sembra logico considerare l'isogamia come la condizione ancestrale, che compare nelle prime fasi della riproduzione sessuale.

In diversi lignaggi di organismi multicellulari, come piante e animali, si è evoluto in modo indipendente un sistema di riproduzione differenziale, in cui i gameti femminili sono grandi e immobili e quelli maschili sono piccoli e hanno la capacità di spostarsi verso l'ovulo.

Sebbene non siano note le precise traiettorie di cambiamento da una condizione isogamica a una anisogamica, sono state formulate diverse teorie.

Teoria 1

Uno di questi evidenzia un possibile compromesso tra la dimensione dei gameti e il loro numero. Secondo questo argomento, l'origine dell'anisogamia è una strategia evolutivamente stabile causata dalla selezione dirompente nella ricerca dell'efficienza e della sopravvivenza dello zigote.

Teoria 2

Un'altra teoria cerca di spiegare il fenomeno come un modo per compensare una cellula immobile (l'ovulo) con molte cellule con la capacità di muoversi (sperma).

Teoria 3

Una terza visione spiega la generazione di anisogamia come una caratteristica adattativa per evitare conflitti tra il nucleo e il citoplasma a causa dell'eredità uniparentale degli organelli.

Riferimenti

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