Unterschied zwischen Protisten und Pilzen

Einführung

Protisten und Pilze bilden zwei einzigartige Lebensbereiche. Protisten weisen eine robuste Varianz in Merkmalen auf, die ihre Taxonomie komplizieren. Pilze sind viel einfacher zu charakterisieren. Pilze unterschieden sich vor etwa 1,5 Milliarden Jahren von Protisten [1], ein Ereignis, das zu einem Flagellumverlust während des Übergangs von einem aquatischen zu einem terrestrischen Lebensraum mit gleichzeitiger Entwicklung neuer nicht-aquatischer Sporenverteilungsmechanismen führte [2]. Pilze haben eine Reihe von erkennbaren Merkmalen angepasst, mit deren Hilfe ihre Unterschiede von Protisten geklärt werden können.

Zelluläre Unterschiede

Protisten sind einzellige Organismen. Die Mehrzahl der Pilze ist mehrzellig und in einem verzweigten, langgestreckten filamentösen Hyphensystem strukturiert [1]. Die verzweigten Hyphenstrukturen bestehen aus einer oder (meistens) mehreren Zellen, die in einer röhrenförmigen Zellwand eingeschlossen sind [1]. Die meisten Protisten haben eine kugelförmige Form, was für die Gewinnung von Sauerstoff durch Diffusion nicht optimal ist. Große Protisten haben eine längliche Form, um ihren erhöhten Sauerstoffdiffusionsbedarf zu decken [3].

Zellengröße

Die einzelligen Protisten sind meistens mikroskopisch klein, aber selten wurden Tausende von Quadratmetern Fläche gefunden [3]. Pilze sind im Allgemeinen groß genug, um mit bloßem Auge beobachtet zu werden, aber es gibt viele mikroskopische Arten [1]..

Zellmembran

Protisten können pflanzenartige Zellwände, tierähnliche Zellwände und sogar Pellikel enthalten, die Schutz vor der äußeren Umgebung bieten [3]. Viele Protisten haben keine Zellwand [3]. Im Gegensatz zu Protist-Zellmembransorten ist ein charakteristisches Merkmal von Pilzen das allgegenwärtige Vorhandensein einer Chitin-Zellwand [14].

Intrazelluläre Organisation

Pilze bestehen aus einem gewundenen System von Hyphen, die durch ein Trennungssystem von Septen unterteilt sind [1]. Bei keinem Protisten wurden Septa gefunden [3]. Pilzsepta teilen die Hyphen in durchlässige Kompartimente auf [1]. Die Perforation der Septen ermöglicht die Translokation von Organellen, einschließlich Ribosomen, Mitochondrien und Kernen zwischen den Zellen [3]. Protistenorganellen existieren in einem nichtkompartimentierten Zytoplasma [3].

Zelluläre Anhänge

Im Gegensatz zu den meist stationären Pilzen sind Protisten beweglich [1,3], und diese Motilität unterscheidet Protists morphologisch von Pilzen durch das Hinzufügen von Zellanhängen. Protisten enthalten häufig Anhängsel wie Zilien, Flagellen und Pseudopodien [3]. Pilze haben im Allgemeinen keine Zellanhangsgebilde, obwohl es in Pilzen seltene Beispiele für Anhängsel von Nebenhühnern gibt [4].

Atmung

Protistische Atmung

i) Aerobe Atmung des Protisten

Protisten erhalten Sauerstoff durch Diffusion, was ihre Fähigkeit zum Zellwachstum einschränkt [3]. Einige Protisten wie die Phytoflagellate führen sowohl einen autotrophen als auch einen oxidativen heterotrophen Stoffwechsel durch [3]. Der Protistenstoffwechsel funktioniert optimal durch einen breiten Temperaturbereich und Sauerstoffverbrauch. Dies ist ein Nebenprodukt der Fülle von Nischen, in denen sie leben, die einen weiten Temperatur- und Sauerstoffbereich haben [3].

ii) Protistische anaerobe Atmung

Eine obligatorische anaerobe Atmung besteht bei parasitischen Protisten, eine Seltenheit bei Eukaryoten [3]. Viele obligatorische Anaerobieristen fehlt Cytochromoxidase, was zu atypischen Mitochondrien führt [3].

iii) Pilzatmung

Die meisten Pilze atmen aerob, indem sie verzweigte Atmungsketten verwenden, um Elektronen von NADH zu Sauerstoff zu übertragen [5]. Pilz-NADH-Dehydrogenasen werden zur Katalyse der Oxidation von Matrix-NADH verwendet und sind dazu in der Lage, auch in Gegenwart einiger Inhibitoren wie Rotenon [5]. Pilze verwenden auch alternative Oxidasen, um in Gegenwart von Inhibitoren für Ubichinol zu atmen: Cytochrom-C-Oxidoreduktase und Cytochrom-C-Oxidase [5]. Alternative Oxidasen ermöglichen wahrscheinlich eine effektive Pathogenität in Gegenwart von Wirtsabwehrmechanismen auf Stickstoffoxidbasis [5].

Osmoregulation

Protisten, die in wässriger Umgebung leben, haben eine Verstärkung der Zellstrukturen, die nicht in Pilzen vorkommen. Diese Verstärkung ermöglicht eine höhere Osmoregulation. Kontraktile Vakuolen sind protistische Organellen, die eine Osmoregulation ermöglichen und Schwellungen und Zellrupturen verhindern [3]. Kontraktile Vakuolen sind von einem System aus Tubuli und Vesikeln umgeben, das zusammen als Spongiom bezeichnet wird, das den Ausstoß der kontraktilen Vakuolen aus der Zelle unterstützt [3]. Kontraktile Vakuolen sind in Pilzen deutlich weniger häufig [1,3].

Mitochondriale Unterschiede

Protist Mitochondriale Genome

Im Gegensatz zu Fungi haben protistische Mitochondriengenome (mt) eine Reihe von Ahnenprotomitochondrien-Genomelementen erhalten. Dies zeigt sich an der Genreduktion in Fungi mtGenomes [6]. MTG-Genome von Protisten haben eine Größe vom 6kb-Genom von Plasmodium falciparum auf das 77kb-Genom des Chooflagellats Monosiga brevicollis, ein kleinerer Bereich als Pilze [6]. Die durchschnittliche mtGenome-Größe von Protist ist 40 kb und damit wesentlich kleiner als die durchschnittliche mitochondriale Fomusgröße des Pilzes [6]..

Protist-mtGenome sind kompakt, exonreich und bestehen häufig aus überlappenden kodierenden Regionen [6]. Der nicht kodierende intronische Raum macht weniger als 10% der gesamten Protist-mtGenome-Größe aus [6]. Ein großer Teil der Protist-mtDNA weist keine Introns der Gruppe I oder II auf [6]. Der Gehalt von + T ist bei Protist mtGenomes höher als bei Fungi [6]. Der Gengehalt von Protist mtGenomes ähnelt mehr der Pflanze mtGenomes als Fungal mtGenomes [6]. Im Gegensatz zu Pilzen kodieren Protist-mtGenome sowohl für große als auch für kleine Untereinheit-RNAs [6].

Mitochondriale Pilzgenome

Pilze entwickelten sich aus Protisten, und ihre Divergenz ist durch Genreduktion und Intronaddition gekennzeichnet [6]. Verglichen mit den genreichen Protist-mtGenomen enthalten fungale mtGenome eine Vielzahl intergenischer Regionen, die aus nicht kodierenden Wiederholungen und Introns bestehen, die meistens Gruppe I-Introns sind [7]. Die Variation der mtGenome-Größe von Pilzen wird hauptsächlich durch Intron-Regionen und nicht durch die genbasierte Varianz erklärt, die in protistischen mtGenomes gefunden wurde [7]. Intergene Regionen machen in Pilz-mtGenomen eine Länge von bis zu 5 kb [7].

Obwohl Protist-mtGenomes mehr Gene enthalten, enthalten Pilz-mtGenome eine wesentlich größere Menge an tRNA-kodierenden Genen [6,7]. Pilz-mtGenome-Größen umfassen einen größeren Bereich als Protist mtGenomes. Das kleinste bekannte Fungal mtGenome ist 19 kbp und befindet sich in Schizosaccharomyces pombe [6]. Das größte bekannte Fungal mtGenome ist 100 kbp Podospora anserina [6]. Im Gegensatz zu Protist-mtGenomen ist der Gengehalt von Fungal-mtDNA organisationsübergreifend relativ konsistent [6].

Nährstoffquellen und Strategien zur Nährstoffgewinnung

Pilzernährung

Pilze nutzen Myzelium, ihre Sammlung von Hyphen, um Nährstoffe über die Plasmamembran ihrer Zellen zu gewinnen und zu transportieren [2]. Dieser Prozess hängt stark vom pH-Wert der Umgebung ab, aus der die Nährstoffe gewonnen werden [2]. Pilze sind Saprotrophe, die ihre Nährstoffe hauptsächlich aus der gelösten organischen Substanz des Zerfalls abgestorbener Pflanzen und Tiere beziehen [1]. Jeder erforderliche Nährstoffaufschluss erfolgt extrazellulär durch die Freisetzung von Enzymen, die Nährstoffe in Monomere zerlegen, die durch vereinfachte Diffusion aufgenommen werden sollen [1]

Protistischer Nährstoffeinkauf

Im Gegensatz dazu erhalten Protisten ihre Nährstoffe durch verschiedene Strategien. Ein Versuch, die Nährstoffgewinnungsstrategien von Protist zu kategorisieren, definiert sechs Kategorien [3]:

1. Fotoautotrophe Primärproduzenten - Verwenden Sie Sonnenlicht, um Nährstoffe aus CO2 und H2O zu synthetisieren.
2. Bacti & Detritivoren - Füttern Sie Bakterien oder Detritus.
3. Saprotrophs - Füttern Sie mit extrazellulär verdauten und anschließend nicht lebenden Substanzen.
4. Algivores - Füttern Sie hauptsächlich Algen.
5. Nicht selektive Allesfresser - Füttern Sie nicht selektiv Algen, Detritus und Bakterien.
6. Raubvögel - Füttern Sie hauptsächlich Protozoen und Organismen aus höheren trophischen Mengen.

Viele der vorgenannten Strategien sind mixotroph. Zu den fotoautotrophen Primärproduzenten gehören beispielsweise Organismen auf Meeresbasis, die unterschiedliche Mengen an Heterotrophie einsetzen können, was eine Nährstoffgewinnung ermöglicht, die keinen Energieeintrag aus Sonnenlicht erfordert, wenn Sonnenlicht nicht verfügbar ist. [3].

Reproduktive Unterschiede

Protisten und Pilze schließen beide Arten ein, die sich sexuell und aesexual fortpflanzen. Protisten sind insofern einzigartig, als sie Organismen einschließen, die sowohl aesexuelle als auch sexuelle Fortpflanzung im selben Leben durchführen können [8]. Die Komplexität einiger Protistenlebenszyklen führt zu erstaunlichen morphologischen Variationen innerhalb der Lebenszeit des Organismus, die unterschiedliche Reproduktionsmethoden ermöglichen [8]. Reproduktionsbedingte morphologische Veränderungen werden bei Pilzen nicht in dem Maße beobachtet, in dem sie bei Protisten vorhanden sind.

Aesexuelle reproduktive Unterschiede

Asexuelle Fortpflanzung bei Pilzen geschieht durch die Unterdrückung von Sporen, die von auf dem Mycel gefundenen Fruchtkörpern stammen, oder durch Fragmentierung des Mycel oder durch Knospung [9]. Aesexuelle Reproduktion erfolgt in Protisten durch verschiedene Methoden. Binäre Spaltung (Einzelkernteilung) und Mehrfachspaltung (Mehrfachkernteilung) sind zwei übliche aesexuelle Reproduktionsmethoden unter Protisten [8]. Eine weitere Protist-spezifische Fortpflanzungsstrategie ist die Plasmotomie [8]. Plasmotomie tritt bei multinukleären Protisten auf und beinhaltet eine zytoplasmatische Teilung ohne Kernteilung [8].

Sexuelle reproduktive Unterschiede

Die sexuelle Reproduktion wird häufiger von Fungi implementiert [8, 9]. Sie ist auch komplexer als die aesxuelle Reproduktion und erfordert daher eine detailliertere Beschreibung, um zu verstehen, wie sich der Prozess zwischen Protisten und Pilzen unterscheidet.

Pilzgeschlechtliche Fortpflanzung

Während der sexuellen Fortpflanzung durch Pilze bleiben die Kernmembran und der Nucleolus (normalerweise) während des gesamten Prozesses intakt [9]. Plasmogamie, Karyogamie und Meiose umfassen die drei aufeinanderfolgenden Stadien der sexuellen Fortpflanzung durch Pilze [9]. Die Plasmogamie beinhaltet eine protoplasmatische Fusion zwischen den Paarungszellen, die die verschiedenen haploiden Kerne in dieselbe Zelle bringt [9]. Die Fusion dieser haploiden Kerne und die Bildung eines diploiden Kerns findet im Stadium der Karyogamie statt [9]. Am Ende der Karyogamie existiert eine Zygote, und die Meiose schreitet durch die Bildung von Spindelfasern im Kern voran. Dies stellt den haploiden Zustand durch diploide Chromosomentrennung wieder her [9].

Pilzstrategien für die Interaktion haploider Kerne während der sexuellen Fortpflanzung sind bei Pilzen im Vergleich zu Protisten vielfältiger. Diese Strategien umfassen die Bildung und Freisetzung von Gameten aus Gametangien (Geschlechtsorganen), die Gametangia-Interaktion zwischen zwei Organismen und die Interaktion zwischen somatischen Hyphen [9]..

Protist Sexuelle Reproduktion

Protistische Strategien der sexuellen Fortpflanzung sind den von Fungi Beschäftigten fast völlig unähnlich. Diese Strategien erfordern einzigartige Prozesse, die sich aufgrund der zellularen Struktur unterscheiden, insbesondere zelluläre Anhänge, die für den Kontakt mit anderen Protisten verfügbar sind [8]. Die Bildung und Freisetzung von Gameten ist eine sexuelle Fortpflanzungsmethode unter den sehr beweglichen Flagellistenproteinen [8]. Die Konjugation ist eine von zilierten Protisten verwendete Methode, bei der Gametenkerne fusioniert werden und nicht unabhängige Gameten gebildet und freigesetzt werden [8]. Autogamie, ein Prozess der Selbstbefruchtung, der immer noch als eine Form der sexuellen Fortpflanzung betrachtet wird, führt zu einer Homozygosität unter den Nachkommen einer selbstbefruchteten Elternzelle [8].

Zusammenfassende Tabelle

Wie oben zusammengefasst, sind die Unterschiede zwischen Protisten und Pilzen gewaltig und können auf jeder Strukturebene und in all ihren Verhaltensinteraktionen mit ihren Umgebungen beobachtet werden. Diese Überprüfung ist lediglich eine Zusammenfassung der Unterschiede. Die zitierten Literaturangaben bieten vertiefende Erklärungen für Interessierte.