Половое воспроизведение, смена генераций и ядерных фаз у аскомицетов

Среди аскомицетов наиболее просто половое воспроизведение осуществляется у Protascales. Например, у Eremascus fertilis две рядом лежащие клетки мицелия дают около разделяющей их поперечной перегородки короткие одноядерные выросты, которые и сливаются друг с другом. Копуляционная клетка, или зигота, не превращается прямо в спору, как у низших грибов, а продолжает развиваться дальше, причем ее копуляционное диплоидное ядро делится три раза (происходит редукция числа хромозом), и около образовавшихся восьми ядер формируются свободно лежащие восемь спор (рис. 35, 1). Таким образом, здесь зигота прямо вырастает в сумку. Единственным диплоидным состоянием является копуляционная клетка, и ее диплоидное ядро сейчас же претерпевает редукцию при своем первом делении. Поэтому здесь, как и у низших грибов, по существу представлено только гаплоидное состояние. То же имеется у ряда других Protascales. У некоторых дрожжей, например у Schizosaccharomyces octosporus, сливаются при образовании сумки две свободно живущие клетки, т. е. наблюдается явление, которое можно назвать хологамией. Дальнейшее развитие происходит таким же образом, как у Eremascus (рис. 35, 1). Следует отметить, что здесь, как и у низших грибов, часто собственно оплодотворения, т. е. слияния клеток, не наступает, и сумка развивается партеногенетически из одной клетки; при этом, понятно, в ней не происходит слияния двух ядер и не наблюдается редукции ее ядра (гаплоидного) при образовании спор. Так обстоит, например, дело у некоторых видов Endomyces (например End. decipiens и др.) и также у многих дрожжей, в том числе у обыкновенных культурных пивных дрожжей (Saccharomyces cerevisiae).

У некоторых дрожжей и близких к ним грибов описано своеобразное извращение смены ядерных фаз в цикле развития. Например, у Saccharomycodes Ludwigii в сумке формируются четыре аскоспоры, которые при прорастании попарно копулируют и размножаются дальше почкованием уже в диплоидном состоянии. При этих условиях понятно, что сумка здесь образуется без копуляции, прямо из вегетативной диплоидной клетки. По новейшим данным такое извращение смены ядерных фаз (вся жизнь — в диплоидном состоянии и только аскоспоры гаплоидны) встречается и у многих других дрожжевых грибов. При этом в ряде случаев отмечается, что преобладание диплоидной или гаплоидной фазы может вызываться условиями культуры (Manuel, Renaud, 1937).

Все остальные сумчатые грибы, которые можно назвать Euascomycetes, отличаются от Protascales тем, что зигота у них не превращается прямо в сумку, а дает выросты, называемые аскогенными гифами, и уже на их концах формируются сумки. В связи с этим слияние ядер копулирующих клеток запаздывает и происходит только в развивающейся сумке. Подобное запоздание кариогамии не является редкостью и среди низших грибов, где иногда половые ядра не сливаются в зиготе (покоящейся споре) до самого момента ее прорастания. Аналогичное явление наблюдается и у некоторых Protascales, например у Nadsonia. У этого дрожжевого грибка имеется анизогамная копуляция, и содержимое меньшей клетки переходит в большую (рис. 35, 3). Однако эта последняя не превращается прямо в сумку, а дает вырост, куда переходят оба ядра. Только здесь они сливаются, а вырост затем развивается в сумку. Однако все эти явления у Euascomycetes пошли значительно дальше: здесь половые ядра не только не сливаются тотчас же после слияния клеток, но, сближенные попарно в дикарион, размножаются.

Более ясное представление даст здесь рассмотрение реального примера, каким можно взять Pyronema confluens, образцово изученную в этом отношении Claussen’om (1912). Женский половой орган, называемый здесь архикарпом, состоит из двух клеток: нижней, вздутой, — аскогона — и верхней, цилиндрической, — трихогины. Обе они, как и вообще клетки у Pyronema, многоядерны. Рядом с архикарпом развивается мужской орган — антеридий в виде довольно массивной цилиндрической клетки, также многоядерной. Такие половые органы залагаются обыкновенно сближенными группами из нескольких пар, образуя так называемую розетку рис. 36, 2). В известный момент кончик антеридия плотно срастается с концом трихогины, разделяющая их перегородка растворяется, и антеридиалыюе содержимое вместе с несколькими десятками своих ядер переливается в трихогину собственное содержимое которой к этому времени дегенерирует. Затем в поперечной перегородке в основании трихогины появляется на короткое время отверстие, и через него антеридиальные ядра переходят в аскогон. Там они сближаются попарно с соответствующими женскими ядрами, но вопреки более ранним указаниям Harper’a (1900) и др. не сливаются с ними (рис. 36, 2). Затем из аскогона вырастает от 10 до 20 мешковидных выростов, которые начинают вытягиваться и ветвиться, образуя аскогенные гифы. В них пеоеходят попарно сближенные ядра (дикарионы) и размножаются здесь, делясь каждая пара одновременно и с параллельным расположением осей деления (конъюгированное деление), так что получаются новые пары, опять составленные из потомка мужского и женского ядер (рис. 36, 3). Аскогенные гифы делятся затем поперечными перегородками на клетки, из которых нижние (ближайшие к аскогону) содержат по несколько пар ядер, а верхние — по одной паре. Наконец, на концах аскогенных гиф начинают развиваться сумки. При этом конечная клетка характерным образом загибается в крючок, и оба ядра дикариона одновременно делятся, так что получаются две пары их. Одна из них лежит на месте перегиба крючка, а из другой одно ядро попадает в кончик, а другое в основание его. Вскоре появляются две перегородки, отграничивающие среднюю двуядерную клетку, которая является материнской клеткой сумки (рис. 36, 4 и 37, 1).

Два ядра ее дикариона (соответственно мужское и женское) сливаются, и получившееся диплоидное копуляционное ядро делится редукционным способом, восстанавливая гаплоидное число хромозом (у данного вида их 12). За первым делением следует второе и третье, и около восьми образовавшихся ядер в разросшейся к тому времени сумке формируется восемь аскоспор (рис. 37). Их развитие происходит чрезвычайно характерным для всех аскомицетов путем свободного образования, в подробностях изученного Harper’om (1897 и след.) и др. После третьего митоза центрозомы, расположенные на противоположных сторонах вновь образовавшихся ядер, отодвигаются от них, причем ядра оттягиваются в носик. Затем лучистые фигуры, расходящиеся от каждой центрозомы, начинают загибаться в сторону ядра, принимая вид как бы колокола. Нарастая своим свободным краем, он смыкается, в конце концов, на противоположном полюсе. Таким образом, из общей протоплазмы сумки вырезается восемь участков, около восьми ядер. На границе их выделяется твердая оболочка, и они превращаются в аскоспоры (рис. 37).

Что касается оставшихся одноядерными конечной и основной клеток крючка, то они затем обыкновенно сливаются друг с другом, а получившаяся таким путем новая двуядерная клетка или прямо вырастает в новый крючок, или дает более длинную ветвь, также на конце крючковидно загибающуюся. В результате этого процесса увеличивается число сумок на аскогенных гифах.

Наиболее характерная особенность описанного у Pyronema процесса развития заключается в том, что два существенных момента оплодотворения— слияние протоплазмы клеток (плазмогамия) и слияние ядер (кариогамия), весьма сближенные у других организмов, в том числе и у большинства низших грибов, здесь весьма раздвинуты, и между ними вставлено длительное развитие аскогенных гиф, в течение которого ядра размножаются в состоянии дикариона, соответствующего каждый по существу одному диплоидному ядру (общее число — хромозом в дакарионе, сложенном из двух гаплоидных ядер, конечно, диплоидное). Таким образом, этот участок цикла развития от плазмогамии до кариогамии гомологичен диплоидной фазе и по характерной особенности своего ядерного аппарата называется часто дикариофитом (также синкариофитом). Ему противополагается гаплоидная фаза, начинающаяся с аскоспор и через весь вегетативный мицелий доходящая до начального этапа оплодотворения, или плазмогамии.

Указанные черты являются общими для всех Euascomycetes. Особенность Pyronema, свойственная, впрочем, и большинству других аскомицетов, заключается в том, что здесь благодаря многоядерности половых органов происходит образование сразу многих дикарионов, т. е. имеется множественное оплодотворение, аналогичное, например, тому, что мы видели у Mucoraceae. Затем как для Pyronema, так и для других Euascomycetes характерно, что одновременно с описанным процессом полового воспроизведения около или вокруг половых органов и развивающихся аскогенных гиф разрастаются ветви вегетативного мицелия, которые, переплетаясь в плектенхиму, слагаются в тело, имеющее определенную для каждой группы форму и называемое сумчатым плодовым телом, или аскокарпом. В соответствии с указанным развитием оно представляется образованием двойственной морфологической природы. Главная масса его состоит из плектенхимы, образованной из мицелия, т. е. принадлежит к гаплоидной генерации, а внутри его проходят аскогенные гифы, представляющие, как было выяснено, диплоидную генерацию.

У многих аскомицетов строение половых органов и половое воспроизведение сходны во всех существенных чертах с Pyronema (Ascodesmis nigricans, Cubonia brachyasca, Ascobolus vinosus), у других же имеются известные отличия, причем даже близкие формы оказываются иногда далеко не сходными друг с другом в этом отношении. Например, у Ascobolus magnificus женский орган, или архикарп, представляет многоклетную ветвь. Ее конечный участок из десяти и более сравнительно узких клеток представляет трихогину, а нижележащая широкая многоядерная клетка функционирует как аскогон, т. е. из нее после оплодотворения развиваются аскогенные гифы (рис. 38, 3). То же имеется у Ascobolus carbonarius, но только у него в качестве мужского органа функционирует особая конидия (рис. 38,1,2). Она не спадает с конидиеносца, и к ней прикладывается кончик многоклетной трихогины (такое развитие антеридия в виде конидии является здесь, вероятно, вторичным явлением). У простейших форм, как некоторые Plectascales (Gymnoascus, Penicillium) или некоторых Pyrenomycetes (Gnomonia, Chaetomium) мужские и женские органы только слегка отличаются по своей величине, представляя спирально закрученные короткие ветви, большею частью многоклетные в зрелом состоянии (рис. 38, 4). У некоторых других Pyrenomycetes, как, например, у Venturia, женский орган состоит из спирали аскогона и прямой многоклетной трихогины, которая прикладывается к конечной клетке прямой мужской ветви (антеридию).

В приведенных примерах клетки половых органов многоядерны. При оплодотворении (цитогамии или плазмогамии) антеридий переливает свое содержимое в конечную клетку трихогины, оттуда оно через частичное растворение поперечных перегородок достигает аскогона, и там многочисленные мужские ядра попарно ассоциируются с такими же женскими ядрами. Таким образом, и здесь, как и у Pyronema, происходит множественное оплодотворение (точнее, множественное образование дикарионов). В некоторых других случаях половые клетки одноядерны, как, например, у Magnusia nitida или у всех Erysiphaceae. Последние отличаются еще тем, что у них архикарп не имеет трихогины, так что аскогон непосредственно прикладывается к антеридию (рис. 38, 5). В случаях одноядерности половых клеток, конечно, образуется при оплодотворении только один дикарион, который в дальнейшем размножается.

У многих сумчатых грибов оплодотворения (цитогамии) не происходит; при этом или антеридий все-таки развивается (Lachnea stercorea), или чаще его совсем не образуется. Тем не менее аскогенные гифы берут начало из аскогона, в котором замечаются парно ассоциированные ядра. Они могут получаться различным путем: в результате перехода ядер из соседних клеток архикарпа, или вегетативных гиф, или соответственной перегруппировкой внутри одной многоядерной клетки аскогона. Первое наблюдается, например, у Polystigma rubrum, где в одноядерную клетку аскогона через отверстие в перегородке переходит одно ядро нижележащей много ядерной клетки (эта клетка называется также антеридиальной, но очевидно, что оплодотворяющая функция у нее вторичная) (рис. 38, 6). У Rhizina undulata, где аскогенные гифы развиваются из нескольких друг над другом лежащих клеток аскогона, в них переходят ядра как из верхних, так и из нижних клеток (рис. 38, 7). Такой же переход имеет место, например, у Ascobolus citrinus, Ascobolus
furfuraceus и, вероятно, у многих других. Парная ассоциация ядер в пределах одной многоядерной клетки аскогона имеется, например, у Нumaria granulata, Humaria anceps, Lasiobolus pulherrimus, Thecoteus Pelletierii — и, вероятно, у многих других. Наконец, известны случаи, когда и женский орган не развивается или во всяком случае не функционирует. Так, у Ophiobolus graminis хотя на молодых стадиях и закладывается архикарп с трихогиной, но в дальнейшем он отмирает. На его месте вырастают недиференцированные специально одноядерные клетки, которые попарно сливаются, давая двуядерные, и из них вырастают аскогенные гифы. У Humaria rutilans, многих Helvellaceae и некоторых других архикарп, повидимому, совсем не закладывается, а на известной стадии происходит переход клеточных ядер из одной вегетативной клетки в другую. Получающиеся в результате этого чисто апогамического процесса двуядерные клетки развивают далее аскогенные гифы. Термин «апогамия» употребляется здесь в широком первоначальном смысле для обозначения процесса, заменяющего настоящее утраченное оплодотворение, причем, однако, сохраняется смена морфологических генераций, или ядерных фаз. Такому пониманию соответствует почти целиком термин Винклера (1908) «псевдомиксис» или термин Гартмана (1909) «автомиксис», термин же «апогамия» употребляется ими в более узком смысле как часть понятия апомиксис, т. е. такого размножения, когда не происходит никаких клеточных или ядерных слияний. При этом апогамия трактуется как такой случай апомиксиса, когда из вегетативной клетки гаметофита вырастает спорофит, т. е. имеется смена морфологических генераций. Это более узкое толкование апогамии, нередко принимаемое в новейшей, особенно немецкой, литературе, может войти как часть в принятое здесь более широкое понимание.

Существенно отличаются от других аскомицетов в разбираемых здесь отношениях Exoascales и Laboulbeniales. У некоторых Exoascales (единственный род Taphrina) аскоспоры, выпав из сумок, попарно копулируют друг с другом и дают сразу диплоидный (синкариофитный) мицелий. На нем затем развиваются сумки, где происходит кариогамия. Таким образом, в противоположность другим сумчатым грибам здесь преобладает диплоидная фаза, а гаплоидная представлена только аскоспорами (нередко предварительно они размножаются, почкованием в гаплоидном состоянии). Аналогичное извращение соотношений ядерных фаз в цикле развития наблюдается также у некоторых дрожжевых грибов, например у Saccharomycodes Ludwigii, смотрите выше.

Главной особенностью Laboulbeniales является мужской половой аппарат, представленный здесь не антеридием, прикладывающимся к женскому органу, а самостоятельными клетками — спермациями, которые иногда развиваются даже на других экземплярах (раздельнополость) и переносятся на трихогину женского полового органа; здесь они, вероятно, переливают в нее свое содержимое, переходящее затем дальше вниз до аскогона. Возможно, что мужская половая функция спермациев, по общему строению и развитию сходных с конидиями, является здесь вторичной; подобно тому как это намечается у Ascobolus carbonarius.

Из приведенных примеров видно, что при всем разнообразии в подробностях полового воспроизведения у Euascomycetes в основном оно состоит в следующем. В наиболее типичных случаях имеется оплодотворение специального женского органа — архикарпа — мужским — антеридием. За этим первым этапом оплодотворения (цитогамией, или плазмогамией) не следует непосредственно слияние половых ядер (кариогамии), а из аскогона развиваются сначала аскогенные гифы, куда переходят сближенные половые ядра (дикарион); они размножаются еще в них и, наконец, сливаются в развивающейся сумке, что представляет заключительный момент полового процесса (кариогамия). В ряде случаев эта первоначальная картина видоизменяется главным образом в том направлении, что типичного оплодотворения женского органа мужским не происходит. При этом иногда мужской орган совсем не развивается, а иногда отсутствует и женский. Однако всегда в известный момент развития появляются дикарионы, происходит развитие аскогенных гиф и, наконец, кариогамия в развивающихся сумках.

Способ и место апогамного появления первых дикарионов у разных представителей не одинаковы. Иногда переходит в клетку аскогона ядро другой, рядом с ней лежащей и принадлежащей к той же ветви архикарпа, иногда просто в пределах многоядерного аскогона происходит перегруппировка его ядер в дикарионы. В том и другом случае центром образования аскогенных гиф является все-таки аскогон. Но иногда и он не функционирует в указанном направлении и даже совсем отсутствует. Тогда дикарионы возникают в результате соединения ядер двух вегетативных клеток, и из них вырастают аскогенные гифы. Все эти явления представляют различные способы замены исчезающего нормального оплодотворения, причем основной момент полового акта — смена ядерных фаз — обязательно сохраняется. Их можно назвать явлениями апогамии, которая, таким образом, оказывается широко распространенной у аскомицетов и, очевидно, возникает самостоятельно в отдельных филогенетических рядах их, чем и объясняется разнообразие наблюдаемых здесь апогамических процессов и несходство в этом отношении даже между близкими формами.

Изложенное толкование полового воспроизведения у аскомицетов сейчас наиболее принято. В основании его лежит исследование Claussen’a о Pyronema (1912). Однако существуют на этот предмет и другие взгляды. По представлению Наrреr’а, занимавшегося этими вопросами еще в конце XIX в., за слиянием половых клеток сейчас же следует и слияние их ядер, так что в аскогенных гифах содержатся уже диплоидные ядра. При их слиянии в сумке должно получиться тетраплоидное ядро (с четверным количеством хромозом). Возвращение к гаплоидным ядрам, содержащимся в аскоспорах, может произойти здесь в результате двойной редукции: при первом делении число хромозом уменьшается до диплоидного числа, а вероятно при третьем — до гаплоидного (это последнее деление получило даже специально название брахимейозис — укороченная редукция). Такие взгляды, кроме Наrреr’а до самого последнего времени защищаются особенно Gwynne-Vaughan (последняя работа 1937 г.). Однако они не могут считаться доказательными. Не говоря уже об общей довольно малой вероятности такого рода смены ядерных фаз (гаплоидная — диплоидная — тетраплоидная), совершенно неизвестной для других организмов, и сама цитологическая база, подводимая сюда в виде брахимейозиса, оказалась более чем сомнительной: подсчеты числа хромозом, произведенные во многих случаях разными авторами, показали, что уже при первом делении дочерние ядра получают гаплоидное число хромозом. Правда, Gwynne-Vaughan толкует это таким образом, что здесь редукция выражается не уменьшением числа хромозом, а изменением их валентности (из тетравалентных получаются дивалентные, а из них—моновалентные). Однако такое толкование совершенно произвольно. Иные взгляды защищают Dangeard и некоторые его ученики. Dangeard первый установил кариогамию в сумке (1894) и истолковал это явление как настоящий половой акт (так называемое Данжаровское слияние). Соответственно с этим он отрицает какое бы то ни было слияние в начале развития плодового тела как в смысле цитогамии, так и кариогамии (так называемое Гарперовское слияние). По его мнению, развитие аскогенных гиф идет из одного только аскогона без всякого участия антеридия, у которого он вообще отрицает значение полового органа. Однако при этом игнорируются факты несомненно установленных в некоторых случаях слияния антеридия с ахикарпом. С другой стороны, серьезным аргументом против представлений Данжара является установленная в последнее время раздельнополость гаплоидных мицелиев у некоторых аскомицетов и успешные опыты гибридизации (см. стр. 58). Правда, и против этого выдвигается контрвозражение такого рода, что здесь имеется не настоящая раздельнополость, а только гормональное действие одного мицелия на другой (см. стр. 55). Если это в некоторых случаях так, то, конечно, получение гибридного потомства с анализом передачи признаков того и другого родителя, как это сделано в некоторых случаях, не может быть объяснено только действием гормонов одного мицелия на другой.