Bào tử

Trong sinh học, bào tử hay nha bào là các đơn vị sinh sản vô tính có khả năng tồn tại hoặc phát tán trong điều kiện không thuận lợi trong một thời gian dài. Ngược lại, giao tử là đơn vị sinh sản hữu tính. Bào tử đóng vai trò trong chu kỳ sống của nhiều loài thực vật, tảo, nấm, và động vật nguyên sinh. Đối với vi khuẩn, bào tử không thuộc chu kỳ hữu tính mà là cấu trúc chống chịu giúp tồn tại trong điều kiện khó khăn.

Bào tử thường là đơn bội, đơn bào và được hình thành thông qua quá trình giảm phân trong một bọc bào tử của thể bào tử lưỡng bội. Trong điều kiện thuận lợi, bào tử có thể phát triển thành cơ thể mới qua phân chia nguyên phân, tạo ra thể giao tử đa bào và cuối cùng là các giao tử. Hai giao tử kết hợp để tạo thành hợp tử, từ đó phát triển thành thể bào tử mới. Chu kỳ này được gọi là sự luân phiên thế hệ.

Tuy nhiên, đối với các loại thực vật có hạt, bào tử được hình thành bên trong các noãn. Đại bào tử được sinh ra trong các noãn, trong khi tiểu bào tử liên quan đến việc hình thành các cấu trúc phức tạp hơn, từ đó phát triển thành các đơn vị phân tán như hạt và phấn hoa.

Định nghĩa

Thuật ngữ 'bào tử' xuất phát từ tiếng Hy Lạp cổ đại σπορά spora, có nghĩa là 'hạt giống, sự gieo hạt', liên quan đến σπόρος sporos 'sự gieo hạt' và σπείρειν speirein 'gieo hạt'.

Theo cách hiểu thông thường, sự khác biệt giữa 'bào tử' và 'giao tử' là: bào tử sẽ nảy mầm và phát triển thành bào tử con, trong khi giao tử cần kết hợp với giao tử khác để tạo thành hợp tử trước khi tiếp tục phát triển.

Sự khác biệt chính giữa bào tử và hạt giống trong việc phân tán là: bào tử là đơn bào, trong khi hạt giống chứa một thể giao tử đa bào bên trong, phát triển thành phôi và thể bào tử đa bào ở thế hệ kế tiếp. Bào tử nảy mầm và hình thành thể giao tử đơn bội, trong khi hạt giống nảy mầm và tạo ra thể bào tử lưỡng bội, cấu trúc phức tạp từ đó sinh ra các đơn vị phân tán như hạt và phấn hoa.

Phân loại các sinh vật sản sinh bào tử

Bào tử của thực vật có mạch luôn ở trạng thái đơn bội. Những thực vật này có thể thuộc dạng đồng bào tử (homosporous) hoặc khác dạng bào tử (heterosporous). Thực vật đồng bào tử sản sinh ra bào tử đồng nhất về kích thước và loại. Ngược lại, các thực vật khác dạng bào tử, chẳng hạn như thực vật có hạt, spikemoss, cây thủy phỉ (quillwort), và một số loài dương xỉ thủy sinh, tạo ra bào tử với hai kích cỡ khác nhau: bào tử lớn hơn (đại bào tử) đóng vai trò là bào tử giống cái, và bào tử nhỏ hơn (tiểu bào tử) đóng vai trò là bào tử giống đực.

Phân loại bào tử

Bào tử có thể được phân loại theo nhiều phương pháp khác nhau.

Phân loại dựa trên cấu trúc của bào tử

Ở nấm và những sinh vật giống nấm, bào tử thường được phân loại dựa trên cấu trúc nơi giảm phân và hình thành bào tử diễn ra. Vì nấm thường phân loại theo cấu trúc bào tử, nên các bào tử này cũng thường mang đặc điểm phân loại nấm đặc trưng.

• Sporangiospore: bào tử được tạo ra bởi bọc bào tử (sporangium) ở nhiều loại nấm, như nấm zygomycete.
• Zygospore (bào tử tiếp hợp): bào tử được tạo ra bởi bọc bào tử tiếp hợp (zygosporangium), đặc trưng cho nấm zygomycete.
• Ascospore (bào tử nang): bào tử được tạo ra bởi nang (ascus), đặc trưng cho nấm ascomycete (lớp nấm nang).
• Basidiospore (bào tử đảm): bào tử được tạo ra bởi đảm của nấm (basidium), đặc trưng cho nấm đảm.
• Aeciospore (bào tử gỉ): bào tử được tạo ra bởi túi bào tử gỉ (aecium), như nấm gỉ và nấm than.
• Teliospore: bào tử được tạo ra bởi Telium của nấm, như nấm gỉ và nấm than.
• Oospore (noãn bào tử): bào tử được tạo ra bởi túi noãn (oogonium), đặc trưng cho nấm oomycete.
• Carpospore (bào tử quả): bào tử được tạo ra bởi thể bào tử quả (carposporophyte), đặc trưng cho tảo đỏ.
• Tetraspore: bào tử được tạo ra bởi tetrasporophyte, đặc trưng cho tảo đỏ.

Các chức năng của nấm

• Chlamydospore: là loại bào tử nghỉ ngơi với lớp vỏ dày của nấm, giúp chúng tồn tại trong các điều kiện khắc nghiệt.
• Các bào tử nấm ký sinh có thể phân loại thành bào tử sống trong cây, nảy mầm trong thân cây chủ, hoặc bào tử sống bên ngoài, còn gọi là bào tử môi trường, được phát tán từ cây chủ để lây nhiễm cho cây chủ khác.

Theo nguồn gốc trong toàn vòng đời

• Bào tử giảm phân (meispore): là bào tử được hình thành qua quá trình giảm phân, nên chúng là đơn bội và phát triển thành các tế bào con đơn bội hoặc cá thể đơn bội. Ví dụ như tiền giao tử của thực vật có hạt được tìm thấy ở hoa (thực vật có hoa) và quả hình nón (thực vật hạt trần), và bào tử động (zoospore) được tạo ra từ giảm phân ở các thể bào tử của tảo như cây diếp dại.
  • Tiểu bào tử (microspore): bào tử phát triển thành thể giao tử đực (hạt phấn ở thực vật có hạt)
  • Đại bào tử (megaspore hay macrospore): bào tử phát triển thành thể giao tử cái (ở thực vật có hạt, thể giao tử hình thành trong noãn)
• Bào tử nguyên phân (mitospore, hay conidia hoặc conidiospore): là bào tử được tạo ra qua nguyên phân, đặc trưng cho nấm ascomycetes. Những nấm chỉ có bào tử nguyên phân được gọi là 'mitosporic fungi' hay 'anamorphic fungi', trước đây thuộc nhóm Deuteromycota (xem thêm Teleomorph, anamorph và holomorph)

Theo khả năng di chuyển

Các bào tử có thể được phân loại theo khả năng di chuyển

• Bào tử động (zoospore): bào tử di chuyển bằng một hoặc nhiều roi, thường gặp ở một số loại tảo và nấm.
• Ballistospore: bào tử phóng ra chủ động từ thân quả thể nấm, hầu hết các bào tử đều là ballistospore, một ví dụ nổi bật là bào tử của nấm Pilobolus.

Cấu trúc của nấm

Khi phóng đại cao, bào tử có thể được phân loại theo hình dạng đơn trục (monolete) hoặc ba trục (triplete). Bào tử đơn trục có một đường thẳng trên bề mặt, thể hiện trục mà bào tử mẹ phân chia thành bốn phần dọc theo trục. Bào tử ba trục thì tất cả bốn bào tử đều xuất phát từ cùng một điểm và nối tiếp nhau, do đó mỗi bào tử khi phân chia sẽ có ba đường thẳng tỏa ra từ trung tâm.

Nhóm bào tử bốn và bào tử ba trục

Những nhóm bào tử bốn được bao bọc trong màng kín là dấu vết sớm nhất của sự sống thực vật trên đất liền, có niên đại từ giữa kỷ Ordovic (đầu thời kỳ Llanvirn, khoảng 470 triệu năm trước), một thời kỳ mà chưa phát hiện hóa thạch. Các bào tử ba trục đơn lẻ, giống như bào tử của thực vật không có hoa hiện đại, đã được phát hiện lần đầu tiên trong hóa thạch vào cuối kỷ Ordovic.

Quá trình phân tán

Ở các loài nấm, các bào tử, dù là vô tính hay hữu tính, được phân tán chủ động thông qua việc đẩy mạnh từ cấu trúc sinh sản của chúng. Lực đẩy này giúp bào tử thoát ra khỏi cấu trúc sinh sản và có thể bay xa trong không khí. Do đó, nhiều loại nấm phát triển các cơ chế cơ học và sinh lý đặc biệt, như cấu trúc bề mặt bào tử với các chất kỵ nước, để hỗ trợ sự phân tán. Ví dụ, lực đẩy của nang bào tử kích hoạt bởi cấu trúc nang và sự tích lũy các hợp chất osmolyte, dẫn đến sự nổ bung và phóng bào tử vào không khí. Sự phân tán của bào tử đơn lẻ, gọi là ballistospore, liên quan đến sự hình thành giọt nước nhỏ (Buller’s drop), gây ra lực phóng với gia tốc ban đầu lên đến hơn 10000 g. Một số nấm khác dựa vào cơ chế phân tán bào tử bằng lực cơ học bên ngoài, ví dụ như nấm puffball. Ngoài ra, việc thu hút côn trùng như ruồi bằng màu sắc và mùi thối rữa để phân tán bào tử là một chiến thuật nổi bật của nấm lõ chó (stink-horn).

Ở các loài thực vật có mạch như cây dương xỉ, sự phân tán bào tử qua gió giúp chúng bay xa hơn nhờ vào trọng lượng nhẹ. Các bào tử cũng ít bị ăn bởi động vật hơn so với hạt vì chúng không có nguồn dưỡng chất dự trữ; tuy nhiên, chúng vẫn bị nấm và vi khuẩn tấn công. Lợi thế của bào tử là cần rất ít năng lượng và vật chất để sinh sản cho thế hệ tiếp theo.

Ở loài rêu spikemoss, Selaginella lepidophylla, sự phân tán được thực hiện bởi một đơn vị phân tán đặc biệt (diaspore), đó là loài cỏ lăn.

Hình ảnh các mẫu