Введение
Гаплоидный этап в жизненном цикле растений и водорослей. Гаметофит (/g//ə/'/m//iː//t//ə//f//aɪ//t/) – одна из двух сменяющих друг друга многоклеточных фаз в жизненном цикле растений и водорослей. Это гаплоидный многоклеточный организм, развивающийся из гаплоидной споры, содержащей один набор хромосом. Гаметофит является половой фазой в жизненном цикле растений и водорослей. Он развивает половые органы, производящие гаметы – гаплоидные половые клетки, участвующие в оплодотворении с образованием диплоидной зиготы, имеющей двойной набор хромосом. Деление зиготы приводит к образованию нового диплоидного многоклеточного организма – второй стадии жизненного цикла, известной как спорофит. Спорофит способен образовывать гаплоидные споры посредством мейоза, которые при прорастании дают начало новому поколению гаметофитов.
A gametophyte (/g//ə/'/m//iː//t//ə//f//aɪ//t/) is one of the two alternating multicellular phases in the life cycles of plants and algae. It is a haploid multicellular organism that develops from a haploid spore that has one set of chromosomes. The gametophyte is the sexual phase in the life cycle of plants and algae. It develops sex organs that produce gametes, haploid sex cells that participate in fertilization to form a diploid zygote which has a double set of chromosomes. Cell division of the zygote results in a new diploid multicellular organism, the second stage in the life cycle known as the sporophyte. The sporophyte can produce haploid spores by meiosis that on germination produce a new generation of gametophytes.
Водоросли
В некоторых многоклеточных зеленых водорослях (например, Ulva lactuca), красных и бурых водорослях спорофиты и гаметофиты могут быть внешне неотличимы (изоморфны). У Ulva гаметы изогамны, то есть все одного размера, формы и общего строения.
Земляные растения
У наземных растений анизогамия универсальна. Как и у животных, женские и мужские гаметы называются соответственно яйцеклетками и сперматозоидами. У современных наземных растений либо спорофит, либо гаметофит могут быть редуцированы (гетероморфны). Ни у одного из существующих гаметофитов нет устьиц, но они были обнаружены у ископаемых видов, таких как раннедевонский Aglaophyton из формации Rhynie chert. Другие ископаемые гаметофиты, найденные в Rhynie chert, демонстрируют, что они были гораздо более развиты, чем современные формы, напоминая спорофит наличием хорошо развитого проводящего пучка, коры, эпидермиса и кутикулы с устьицами, но при этом были значительно меньше.
Бриофиты
У бриофитов (мхов, печеночных мхов и роговых мхов) гаметофит является наиболее заметной стадией жизненного цикла. Гаметофит бриофита живёт дольше, питательно независим, а спорофиты прикреплены к гаметофитам и зависят от них. Когда спора мха прорастает, она развивается в нить клеток (называемую протонемой). Зрелый гаметофит мхов развивается в листостебельные побеги, которые производят половые органы (гаметангии), вырабатывающие гаметы. Яйцеклетки развиваются в архегонии, а сперматозоиды – в антеридии. У некоторых групп бриофитов, таких как многие печеночные мхи отряда Marchantiales, гаметы образуются на специализированных структурах, называемых гаметофорами (или гаметоангиофорами).
Сосудистые растения
Все сосудистые растения характеризуются доминированием спорофита, и по мере эволюции наземных растений и развития размножения семенами наблюдается тенденция к уменьшению и большей зависимости женских гаметофитов от спорофита. Сосудистые растения, такие как плауны и многие папоротники, производящие только один тип спор, называются гомоспоровыми. Они имеют экзоспорные гаметофиты – то есть гаметофит свободноживущий и развивается вне стенки споры. Экзоспорные гаметофиты могут быть либо двуполыми, способными производить как сперматозоиды, так и яйцеклетки в одном талломе (однодомные), либо раздельнополыми, специализирующимися на отдельных мужских и женских организмах (разнодомные). У гетероспоровых сосудистых растений (растений, производящих как микроспоры, так и мегаспоры) гаметофиты развиваются эндоспорически (внутри стенки споры). Эти гаметофиты раздельнополы, производя либо сперматозоиды, либо яйцеклетки, но не оба типа.
Птицы
У большинства папоротников, например, у лептоспорангиального папоротника Dryopteris, гаметофит — это фотосинтезирующий, свободноживущий, автотрофный организм, называемый проталлом, который производит гаметы и поддерживает спорофит на ранних стадиях его многоклеточного развития. Однако у некоторых групп, в особенности у клады, включающей Ophioglossaceae и Psilotaceae, гаметофиты подземные и существуют, формируя микотрофные связи с грибами. Гомоспорические папоротники выделяют химическое вещество, называемое антеридиогеном.
Ликофиты
Существующие ликофиты производят два различных типа гаметофитов. В гомоспоровых семействах Lycopodiaceae и Huperziaceae споры прорастают в бисексуальные, свободноживущие, подземные и микотрофные гаметофиты, получающие питательные вещества в результате симбиоза с грибами. У Isoetes и Selaginella, которые являются гетероспоровыми, микроспоры и мегаспоры рассеиваются из спорангиев либо пассивно, либо путем активного выброса. Микроспоры производят микрогаметофиты, вырабатывающие сперматозоиды. Мегаспоры производят редуцированные мегагаметофиты внутри оболочки споры. По мере созревания мегаспора раскрывается по трилетнему шву, обеспечивая доступ мужским гаметам к яйцеклеткам внутри архегониев. Гаметофиты Isoetes, по-видимому, в этом отношении схожи с гаметофитами вымерших карбоновых древовидных ликофитов Lepidodendron и Lepidostrobus.
Семенные растения
Жизненный цикл гаметофита семенного растения даже более редуцирован, чем у базальных таксонов (папоротники и ликофиты). Гаметофиты семенных растений не являются независимыми организмами и зависят от доминирующей спорофитной ткани для получения питательных веществ и воды. За исключением зрелой пыльцы, если ткань гаметофита отделена от ткани спорофита, она не выживет. Из-за этой сложной взаимосвязи и небольшого размера ткани гаметофита – в некоторых случаях одноклеточной – дифференцировать ткань гаметофита семенного растения и ткань спорофита невооруженным глазом или даже под микроскопом может быть затруднительно. Хотя ткань гаметофита семенного растения обычно состоит из мононуклеарных гаплоидных клеток (1 x n), могут возникать специфические обстоятельства, при которых плоидность значительно варьируется, несмотря на то, что она по-прежнему считается частью гаметофита. У голосеменных мужские гаметофиты образуются внутри микроспор в микроспорангиях, расположенных в мужских шишках или микростробилах. В каждой микроспоре образуется один гаметофит, состоящий из четырех гаплоидных клеток, образованных в результате мейотического деления диплоидной материнской клетки микроспоры. По мере созревания каждый полученный из микроспоры гаметофит становится пыльцевым зерном. В процессе своего развития вода и питательные вещества, необходимые мужскому гаметофиту, обеспечиваются тканью спорофита до момента их высвобождения для опыления. Количество клеток в каждом зрелом пыльцевом зерне варьируется в зависимости от отряда голосеменных. У цикадовых есть 3-клеточные пыльцевые зерна, а у гинкговых – 4-клеточные. Спорофитная ткань мегастробила обеспечивает питательными веществами мужской гаметофит на этой стадии. После завершения оплодотворения во всех отрядах оставшаяся мужская гаметофитная ткань разрушается. Подобно мужскому гаметофиту, женский гаметофит обычно полностью зависит от окружающей спорофитной ткани для получения питательных веществ, и эти два организма не могут быть разделены. Однако женские гаметофиты *Ginkgo biloba* содержат хлорофилл и могут производить часть собственной энергии, хотя и недостаточно для самообеспечения без дополнительного питания со стороны спорофита. Женский гаметофит формируется из диплоидной мегаспоры, которая подвергается мейозу и изначально является одноклеточной. Размер зрелого женского гаметофита значительно варьируется в зависимости от отряда голосеменных. У цикадовых, гинкговых, хвойных и некоторых гнетовых одноклеточный женский гаметофит проходит множество циклов митоза, в конечном итоге состоя из тысяч клеток после созревания. По крайней мере, две из этих клеток являются яйцеклетками, а остальные – гаплоидными соматическими клетками, но может присутствовать больше яйцеклеток, и их плоидность, хотя обычно гаплоидная, может варьироваться. У некоторых гнетовых женский гаметофит остается одноклеточным. Митоз происходит, но клеточные деления не происходят. Одна клетка – это клетка трубки, а остальные – сперматозоиды. Развитие трехклеточного мужского гаметофита перед раскрытием пыльника эволюционировало многократно и присутствует примерно в трети видов цветковых растений, что обеспечивает более быстрое оплодотворение после опыления. После опыления клетка трубки увеличивается в размере, и если на этой стадии мужской гаметофит состоит всего из 2 клеток, единственная клетка сперматозоида подвергается митозу для создания второй клетки сперматозоида. Как и у голосеменных, клетка трубки у цветковых растений получает питательные вещества из спорофитной ткани и может разветвляться в ткань пестика или расти непосредственно к семязачатку. После завершения двойного оплодотворения клетка трубки и другие вегетативные клетки, если они присутствуют, – это все, что остается от мужского гаметофита, и они вскоре деградируют. В общем, затем он делится путем митоза, пока не состоит из 8 ядер, разделенных на 1 яйцеклетку, 3 антиподальные клетки, 2 синергидные клетки и центральную клетку, содержащую два ядра. Напротив, у некоторых видов есть 10-клеточные зрелые женские гаметофиты, состоящие из 16 ядер. После двойного оплодотворения яйцеклетка становится зиготой, которая затем считается тканью спорофита. Ученые до сих пор спорят о том, считается ли оплодотворенная центральная клетка тканью гаметофита. Некоторые ботаники считают эту эндоспору тканью гаметофита, при этом примерно 2/3 – женские, 1/3 – мужские, но поскольку центральная клетка перед двойным оплодотворением может варьироваться от 1n до 8n в особых случаях, оплодотворенные центральные клетки варьируются от 2n (50% мужские/женские) до 9n (1/9 мужские, 8/9 женские). У цветковых растений мегагаметофит редуцирован всего до нескольких клеток и иногда называется зародышевым мешком. Типичный зародышевый мешок содержит семь клеток и восемь ядер, одно из которых – яйцеклетка. Два ядра сливаются с ядром сперматозоида, образуя первичное эндоспермическое ядро, которое развивается в триплоидный эндосперм, который становится запасающей тканью в семени.