Pohlavné rozmnožovanie rias

Z fyziologického hľadiska rozdeľujeme spôsoby rozmnožovania rastlín do dvoch skupín: nepohlavné rozmnožovanie a pohlavné rozmnožovanie. Pohlavné rozmnožovanie (označované aj ako sexuálne alebo generatívne rozmnožovanie/množenie) je proces, pri ktorom vzniká dcérsky organizmus, ktorý zvyčajne nesie kombináciu genetického materiálu dvoch rodičovských organizmov. Pri pohlavnom rozmnožovaní väčšinou vzniká organizmus s novou, unikátnou genetickou výbavou, ktorá nikdy nie je úplne totožná s genetickou výbavou rodičov. Riasy patria k najstarším životným formám na Zemi, pričom sú prítomné na planéte viac ako 3 miliardy rokov a úspešne prežili všetky geologické obdobia a klimatické zmeny.

Základné princípy pohlavného rozmnožovania rias

Pohlavné rozmnožovanie v širšom zmysle zahŕňa každý typ rozmnožovania, pri ktorom sa nový jedinec vyvíja z gamét (teda nie zo somatických buniek) a to aj v prípadoch, že nedošlo k oplodneniu. V prípade najbežnejšieho typu pohlavného rozmnožovania, eugamie, je nevyhnutné splynutie dvoch špecializovaných buniek - gamét. Ich splynutím vzniká zygota, oplodnené vajíčko, ktoré sa ďalej mitoticky delí a stáva sa z neho embryo. Gaméty zvyčajne nesú polovičnú (haploidnú, n) sadu chromozómov. Splynutím dvoch gamét vzniká opäť úplný (diploidný, 2n) chromozómový súbor. Pohlavné bunky vznikajú redukčným delením - meiózou.

U mnohých nižších rastlín, vrátane rias, je typické striedanie pohlavnej a nepohlavnej generácie, tzv. rodozmena (metagenéza). Rodozmena predstavuje životný cyklus charakterizovaný striedaním dvoch geneticky odlišných generácií. Vznikajú dve hlavné generácie:

• Gametofyt (pohlavná generácia) - tvoria ho bunky s jedným súborom chromozómov (haploidný počet, n). Vzniká mitotickým delením zo spóry. Neskôr vytvára pohlavné orgány (gametangiá), ktoré mitózou produkujú pohlavné bunky (gaméty): plemenníčky (anterídiá) tvoria samčie gaméty (často bičíkaté spermatozoidy vyžadujúce vodu) a zárodočníky (archegóniá) tvoria samičiu bunku (oosféra).
• Sporofyt (nepohlavná generácia) - disponuje homologickými chromozómami (diploidný počet, 2n). Vzniká mitotickým delením zygoty.

Samičia pohlavná bunka u rastlín sa nazýva oosféra, samčie bunky sú spermatozoidy alebo spermie. U nekvitnúcich rastlín, kam patria aj riasy, je oplodnenie viazané na vodné prostredie, v ktorom spermatozoidy priplávajú k vajcovej bunke a oplodnia ju. Jedným z problémov pohlavného rozmnožovania je dopraviť bunky dvoch pohlaví k sebe a dosiahnuť, aby sa spojili. Bunka rozozná bunku iného pohlavia na základe chemotaxie, no tá funguje len na malé vzdialenosti. Niektoré druhy rias len rozptýlia svoje pohlavné bunky do okolia a ich vzájomné stretnutie je ponechané čisto na náhode.

Typy spájania gamét

Pri pohlavnom rozmnožovaní (kopulácii) rias sa stretávame s rôznymi typmi splynutia gamét:

• Izogamia: Gaméty sú rovnakej veľkosti a tvaru.
• Anizogamia: Gaméty sú funkčne odlišné (líšia sa veľkosťou alebo morfológiou).
• Oogamia: Spája sa veľká nepohyblivá samičia gaméta (oosféra) s malou pohyblivou samčou gamétou (spermatozoidom).

Prehľad pohlavného rozmnožovania u vybraných skupín rias

Nižšie rastliny sú fylogeneticky najstaršou vetvou eukaryotických rastlín, všeobecne nazývané riasy (algae). Ich bunky obsahujú tylakoidy organizované do chloroplastov. Hlavným fotosyntetickým pigmentom je chlorofyl a. Riasy sú polyfyletické a radia sa do nadskupín podľa toho, koľkými membránami sú obalené ich chloroplasty. Keďže nemajú vyvinuté pravé rastlinné pletivá, vodu a živiny prijímajú celým povrchom tela, čo ich pevne viaže na vodné prostredie. Ich jednoduché telo sa nazýva stielka (thallus).

Červené riasy (Rhodophyta)

Charakterizuje ich červené farbivo fykoerytrín, ktoré sfarbuje ich stielky do červena alebo červenohneda. Chloroplasty obsahujú iba chlorofyl a, doplnený o fykobilíny (modrý fykocyanín a červený fykoerytrín). Fykoerytrín im umožňuje využiť pre fotosyntézu aj svetlo s malou vlnovou dĺžkou, čo im umožňuje žiť v hĺbkach mora do 200 metrov. Sú prevažne morské riasy s vláknitou alebo pletivovou stielkou. Jednobunkové druhy sa rozmnožujú delením a mnohobunkové najčastejšie fragmentáciou stielky alebo pohlavne splývaním samčích a samičích pohlavných buniek. Vegetatívne štádiá, a taktiež pohlavné bunky červených rias, nikdy netvoria bičíky, čo znamená, že ich gaméty sú nepohyblivé.

Chromofyty (Chromophyta) - Hnedé riasy

Spoločným znakom chromofýt je hnedá farba plastidov, daná farbivom fukoxantín. Obsahujú chlorofyl a + c a nevytvárajú škrob.

Žltohnedé riasy (Chrysophyceae)

Patria tu druhy s jednobunkovými stielkami - bičíkatým alebo meňavkovitým typom. Rozmnožujú sa delením a niektoré druhy pohlavne izogamiou. Okrem autotrofnej výživy sa niektoré vyživujú mixotrofne, popri fotosyntéze si organické látky zabezpečujú tak, že z prostredia fagocytujú baktérie alebo riasy.

Rozsievky (Bacillariophyceae)

Sú obrovskou súčasťou fytoplanktónu a vytvárajú jednobunkovú kokálnu stielku. Ich bunka je obalená dvojdielnou sklenou schránkou (frustulou) z oxidu kremičitého (SiO₂). Rozmnožovanie rozsievok prebieha veľmi špecificky: pri bunkovom delení si každá dcérska bunka zoberie polovicu materskej schránky a chýbajúcu druhú polovicu si vždy dorastie dovnútra. To spôsobuje, že jedna línia sa s každou generáciou neustále zmenšuje. Až keď bunky dosiahnu kriticky malú veľkosť, prejdú na pohlavné rozmnožovanie, zygota opäť narastie do pôvodnej veľkosti a celý cyklus sa opakuje.

Chaluhy (Phaeophyceae)

Tvoria výlučne najdokonalejšie pletivové stielky rozlíšené na pakorienky, pabyľku a palístky a žijú prevažne v chladnejších moriach. Mnohé druhy majú na stielkach dutiny naplnené plynom (vezikuly, plaváky), ktoré nadnášajú ich asimilačné časti k hladine za svetlom. Do tejto triedy patria najväčšie riasy na svete tvoriace obrovské podvodné lesy.

Červenoočká (Euglenophyta)

Sú sladkovodné bičíkovce žijúce najmä v organicky znečistených vodách. Povrch bunky nie je chránený pevnou bunkovou stenou, ale len pružným obalom pod plazmatickou membránou - periplastom (pelikulou). Tento obal z proteínových pásov a mikrotubulov umožňuje bunke pružiť, rozťahovať sa a meniť tvar (metabolický pohyb). Pohlavné rozmnožovanie u nich nebolo pozorované, nepohlavne sa rozmnožujú výlučne pozdĺžnym delením. Bežne využívajú mixotrofiu, čo znamená, že na svetle fotosyntetizujú, avšak v tme alebo v silne znečistených vodách prechádzajú na heterotrofiu a prijímajú potravu z okolia.

Zelené riasy (Chlorophyta)

Obsahujú chlorofyl a + b a ukladajú plnohodnotný škrob. Tvoria najpočetnejšiu skupinu rias, z ktorej sa vyvinuli vyššie rastliny. Vlastné zelené riasy (Chlorophyceae) sú tvarovo rozmanité, od jednobunkových s bičíkatou alebo kokálnou stielkou, až po mnohobunkové s vláknitou a pletivovou stielkou.

Spájavky (Conjugatophyceae)

Sú sladkovodné riasy, ktoré v žiadnej fáze svojho života nevytvárajú pohyblivé bunky s bičíkmi. V lete sa rozmnožujú delením alebo fragmentáciou vlákna. Na jeseň u nich prebieha špecifický pohlavný proces - konjugácia. Dve vlákna sa k sebe paralelne priložia a vytvoria medzi bunkami plazmatické mostíky (kopulačné kanáliky), cez ktoré dochádza k prenosu genetického materiálu.