ما هو الطور المشيجي في النباتات

الطور المشيجي هو مرحلة في دورة الحياة توجد في جميع النباتات وأنواع معينة من الطحالب، وتتضمن هذه العملية كلاً من الجيل ثنائي الصبغيات متعدد الخلايا المعروف باسم النباتات البوغية أو الطور البوغي (Sporophyte) وجيل أحادي الصبغة متعدد الخلايا يُعرف باسم الطور المشيجي (Gametophyte)، والوظيفة الأساسية للنبات المشيجي هي إنتاج الجاميت أو المشيج (Gamete)، والأمشاج المنتجة هي الخلايا التناسلية الفردية مثل الحيوانات المنوية والبويضات.

الأعضاء التناسلية للنبتة المشيمية

يوجد نوعان من الأعضاء التناسلية في الطور المشيجي:

1- رَحِم بدائي (Archegonium): عضو جنسي متعدد الخلايا في الأنثى ينتج البيض، كما إنّه يشبه المبيض عند الإناث لأنّ كلا الهيكلين يشكلان خلايا أحادية العدد من البويضة.

2- انثريدات (Antheridium): عضو جنسي متعدد الخلايا في الذكر ينتج الحيوانات المنوية -(عضو تذكير لازهريات) يشبه الأنثيريديوم الخصية تمامًا عند الذكور البشريين لأنّ كلاهما يولد خلايا منوية أحادية الصيغة الصبغية.

عادة ما تكون كل من الانثريدات والرَحِم البدائي هياكل مجهرية، وتحتوي بعض الطور المشيجي على كل من الانثريدات والرَحِم البدائي وتعرف هذه باسم المشيجيات ثنائية المخنثين لأنّها تتكون من هياكل من الإناث والذكور، ويُعرف الطور المشيجي الذي يحتوي على نوع واحد فقط من المشيمة باسم الطور المشيجي ثنائي الجنس.

خلية أحادية العدد

يُقال أنّ الخلية تكون أحادية العدد (Haploid) إذا كانت تمتلك مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات، ويمكن أيضًا استخدام أحادي العدد للإشارة إلى عدد الكروموسومات في الأمشاج والتي يمكن أن تكون إما بيضًا في الإناث أو خلايا منوية عند الذكور، والأمشاج في البشر أحادية العدد لأنّها تحتوي على 23 كروموسومًا، وكل من هذا الكروموسوم موجود في زوج موجود في خلايا ثنائية الصبغيات، ويمكن تمثيل عدد الكروموسوم الموجود في مجموعة واحدة كـ (n)، حيث يُعرف (n) أيضًا بالرقم أحادي العدد، وفي حالة البشر (n) = 23.

تمتلك الأمشاج نصف الكروموسومات الموجودة في الخلايا ثنائية الصبغيات الطبيعية للجسم، ويشار إلى هذه الخلايا ثنائية الصبغة بالخلايا الجسدية، وخلال الانقسام الاختزالي يتم إنتاج الأمشاج الفردية، كما إنّه نوع من الانقسام الخلوي حيث يتم تقليل عدد الكروموسومات في الخلية الأم ثنائية الصبغيات بمقدار النصف، وتحتوي بعض الكيانات مثل الطحالب على أقسام أحادية العدد في دورة حياتها، وتوجد كيانات أخرى مثل ذكر النمل ككيانات أحادية العدد طوال فترة حياتها.

الطور المشيجي الأنثوي

الطور المشيجي الأنثوي لعاريات البذور هو هيكل كبير ومتعدد الخلايا يخدم الوظيفة المزدوجة، والمتمثلة في دعم الأمشاج وكذلك تغذية الجنين النامي الذي يتناقض مع الحالة الموجودة في كاسيات البذور، حيث تكون الأنثى المشيجية دقيقة وعادة ما تكون ثمانية النواة مع واحدة المشيج التشغيلي.

تكون الأنثى المشيجية مسؤولة عن تكوين الأمشاج الأنثوية وتنتج الأساس الجزيئي والفيزيائي للإخصاب ونشأة نمو البذور، وتشكل هذه التكوينات الصغيرة المحور المركزي لتكاثر النبات الذي يعتمد على العمليات الجزيئية لنموها وتطورها، ولا يتم دعمها فقط من خلال وظائف الجينات ولكن أيضًا من خلال الوظائف الخلوية التي يتم ترميزها بواسطة الخلايا الملحقة التي يمكن أن تتحول إلى نشطة وراثيًا إذا كان هناك فشل في الأمشاج.

تطوير أنثى مشيمية

تحدث العملية الكاملة لتطور الطور المشيجي الأنثوي في مرحلتين مختلفتين، وتتضمن المرحلة الأولى التكوُّن الضخم حيث تخضع خلية أم ثنائية الصبغيات للانقسام الاختزالي لتشكيل رباعي أحادي الصبغية حيث ينجو منها واحد فقط وتتفكك ثلاثة أخرى، وينمو الحجم الضخم الوظيفي إلى كيس جنيني.

تعد تولد الضخامة (Megagametogenesis) هي المرحلة الثانية حيث يخضع الضخم أحادي الصيغة الصبغية الوظيفية للانقسام لتوليد مشيجي مكون من 7 خلايا و 8 نواة يُعرف باسم كيس الجنين، ومن بين النوى الثمانية تنتقل النوى القطبية إلى المركز وتندمج لإنتاج خلية واحدة ثنائية الصبغة في المركز، وهذه هي الخلية التي تندمج مع الحيوانات المنوية لإنتاج السويداء ثلاثي الصبغيات، وتتطور ثلاثة من النوى إلى خلايا مضادة للوجه وتتحول اثنتان إلى خلايا متآزرة تتفكك في النهاية.

الذكر مشيجي

أول هيكل مشيجي هو تعديل الخلية الأم الدقيقة في حبوب اللقاح، وتنمو حبوب اللقاح في الطور المشيجي الذكري عند الإنبات الذي يبدأ قبل حدوث التلقيح، وداخل الكُيَيْس البوغيّ تخضع الخلية الأم لحبوب اللقاح (PMC – Pollen mother cel) للانقسام الاختزالي وينتج عنها أربعة ميكروسبورات تنضج في النهاية إلى حبوب اللقاح، والطبقة الداخلية التي تسمى بساط المشيميّة (tapetum) تغذي النماء المجهرية، وتتكون حبوب اللقاح من خليتين وهما خلية نباتية وخلية توليدية، وبمجرد أن ينضج الكُيَيْس البوغيّ فإنّه ينفجر ويطلق حبوب اللقاح من العضو الآخر.

طبقات حبوب اللقاح

تتكون حبوب اللقاح من طبقتين:

1- الطبقة السميكة الخارجية تسمى إكزين (exine).

2- الطبقة الرقيقة الداخلية تسمى انتين (intine) والتي تحمي حبوب اللقاح من التلف.

مراحل نمو الطور المشيجي

يمكن تصنيف نمو الطور المشيجي الذكري إلى مرحلتين:

1- تطوير ما قبل التلقيح.

2- تطوير ما بعد التلقيح.

تطوير ذكور مشيمية

تعرض حبوب اللقاح الإنبات الذي يبدأ في كيس حبوب اللقاح الذي يشار إليه بالإنبات المبكر، حيث يتسبب تكوين فجوة مركزية كبيرة في دفع النواة إلى جانب واحد حيث تمر النواة عبر الانقسام الذي يؤدي إلى نواتين ابنتين.

تُعرف الخلية الصغيرة التي يتم تكوينها بالخلية التوليدية وتعرف الخلية الأكبر حجمًا باسم الخلية النباتية التي تحتوي على السيتوبلازم بكميات كافية تعمل كمخزن غذائي لتطور الطور المشيجي الذكري، بينما تتجمع الخلية المولدة في القسم الأوسط من حبوب اللقاح، وفي هذه المرحلة تقع حبوب اللقاح على الميسم التي يحدث فيها مزيد من التطوير.

يؤدي سقوط حبوب اللقاح على الميسم إلى امتصاص المغذيات من خلال المسام الجرثومية من الميسم التي تؤدي إلى تضخم الخلية الخضرية، ويؤدي التضخم إلى خروج الأمعاء عبر المسام الجرثومية لتشكيل أنبوب حبوب اللقاح، وتنتقل نوى الخلية الخضرية والتوليدية إلى أنبوب حبوب اللقاح، وتنقسم الخلية المولدة في هذه المرحلة لإنتاج اثنين من الأحاديات والأمشاج الذكورية غير المتحركة وحيدة الخلية، وللإدخال الأعمق للأنبوب يتضاءل حجم الطور المشيجي الذكري المطور ويستمد التغذية من أنسجة النمط.

أمثلة على الطور المشيجي

فيما يلي الأمثلة المهمة للنباتات المشيمية:

1- الطحالب: تكون مرحلة الطحالب المشيمية طويلة العمر بينما تظهر الطحالب البوغية كسيقان طويلة تطلق الأبواغ بفعل الرياح، ويتم تشكيل البوغات عن طريق خلط الخلايا الجنسية المشيمية، ولذلك لديهم ضعف عدد الكروموسومات مقارنة بالنباتات المشيمية.

2- نباتات زهقرنية: الطور المشيجي هو نبات أخضر طويل العمر ومنخفض على الأرض وفي حين أنّ الطور البوغي هو ساق رفيع وطويل تنطلق منه الجراثيم، والنباتات المشيمية الزهقرنية والنباتات البوغية كائنات حية مستقلة بأعداد كروموسوم مختلفة.

3- مشيجي ونبات بوغي: تتكاثر جميع النباتات جنسيًا ولاجنسيًا بسبب الاختلاف في الأجيال، ونباتات مشيمية والطور البوغي تتكون من عناصر وراثية من الأنواع النباتية، وتقضي بعض نباتات الأوعية الدموية المعقدة وقتًا أطول على شكل نبات بوغي، في حين أنّ الطحالب ليست هي نفسها، والجزء الملحوظ من النبات مرئي وهو مرحلة المشيمة من هذه الأنواع.

توجد نسخة واحدة فقط من كل كروموسوم في المشيجات أحادية العدد في كل خلية، وهذا هو السبب في أنّ هذه المرحلة من الحياة يجب أن تنتج اللاجنسي، وفي النهاية تخلق المشيجات الأمشاج التي تتحد لإنتاج زيجوت ثنائي الصبغة وتنمو في البوغ، وتتكون البوغات ثنائية الصبغية من نسختين من كل كروموسوم وبالتالي فهي قادرة على دعم الانقسام الاختزالي لإنتاج جراثيم أحادية الصيغة الصبغية تنمو إلى مشيجيات وتجلب تناوب الأجيال.

الفرق بين الطور المشيجي والطور البوغي

على الرغم من أنّ المراحل شائعة في مجموعات نباتية مختلفة إلّا أنّ مستوى تعقيدها وحالتها عبر المجموعات المختلفة مختلف، وفيما يلي الاختلافات بين المرحلتين:

1- المشيمة هي الحالة أحادية الصيغة الصبغية (n) في دورة الحياة بينما البوغ هي الحالة ثنائية الصبغة (2n) في دورة الحياة.

2- يحدث تكوين البوغ بعد الانقسام الاختزالي بينما يحدث تكوين الأمشاج إما مباشرة أو من خلال الانقسام.

3- لتكوين الأبواغ تمر الخلية الأم عبر الانقسام الاختزالي لإنتاج أحاديات الصبغات بينما تخضع الأمشاج للانصهار لتشكيل ثنائي الصبغيات (2n) الزيجوت.

4- تنمو البوغة المتوسطة لتتحول إلى الطور المشيجي، وينمو البيضة الملقحة لإنتاج البوغ.

5- تحتوي الخلايا الموجودة في النباتات البوغية على جينومين أو مجموعتين من الكروموسومات، وتحتوي خلايا الطور المشيجي على الخارطة الجينية واحدة أو تنتج مجموعة واحدة من الكروموسومات.