Karakteristike spolne reprodukcije, vrste, biljke, životinje



spolna reprodukcija je umnožavanje pojedinaca iz dva roditelja različitih spolova: muški i ženski - osim kad se radi o spolnoj reprodukciji kod bakterija ili protozoa, gdje nema razlike između spolova. To je široko rasprostranjen proces u eukariotskim organizmima.

Svaki pojedinac koji sudjeluje u seksualnoj reprodukciji proizvodi tip specijaliziranih stanica zametnih linija: spermija i ovula. Oni su nastali tipom specijalizirane stanične diobe, zvane mejoza. Ovaj događaj je ključna razlika između aseksualne i spolne reprodukcije.

Proces počinje sjedinjavanjem dvije gamete koje dovode do zigote. Nakon toga, zigota stvara novu osobu s karakteristikama oba roditelja i sa određenim jedinstvenim likovima.

Zbog sveprisutnosti procesa, zaključujemo da seksualna reprodukcija pretpostavlja niz prednosti u odnosu na aseksualno. Međutim, mogući nedostaci spolne reprodukcije očigledniji su: vrijeme i energija uloženi u potragu za partnerima, natjecanje za žene, trošak proizvodnje gameta koji nisu oplođeni, među ostalima..

Čini se da su troškovi vrlo visoki, tako da moraju imati značajne prednosti koje pomažu nadoknadu. Prednosti seksualne reprodukcije bile su predmet kontroverzi i debata među evolucijskim biolozima.

Jedna hipoteza sugerira da je seksualna reprodukcija korisna jer proizvodi sorte koje bi, u vrijeme promjena u okolišu, mogle biti profitabilne za tu vrstu. U stvari, proizvodnja genetske varijabilnosti je jedna od prednosti koja se pripisuje spolu.

S druge strane, neki istraživači predlažu da je seksualna reprodukcija, posebno rekombinacija, odabrana kao mehanizam za popravak DNA. Međutim, prevalencija seksa unatoč svojim troškovima još uvijek nije poznata..

indeks

  • 1 Opće karakteristike
  • 2 gameta
  • 3 Spolna reprodukcija u životinja
    • 3.1 Strukture povezane s reprodukcijom
    • 3.2 Porifera
    • 3.3 Žarnici
    • 3.4 Acelomorphs i flatworms
    • 3.5 Mekušci i anelidi
    • 3.6
    • 3.7 Bodljikaši
    • 3.8 Cordados
  • 4 Parthenogeneza u životinja
  • 5 Spolna reprodukcija u biljkama
    • 5.1 Cvijet
    • 5.2 Oprašivanje
    • 5.3 Oplodnja, sjeme i voće
  • 6 Spolna reprodukcija u bakterijama
    • 6.1 Konjugacija
    • 6.2 Transformacija
    • 6.3 Transdukcija
  • 7 Evolucijska perspektiva
    • 7.1 Troškovi seksa
    • 7.2 Prednosti seksa
    • 7.3 Seksualni odabir
  • 8 Reference

Opće karakteristike

Seks je složen fenomen koji se uvelike razlikuje od eukariotskih svojti. Općenito, možemo ga shvatiti kao proces koji uključuje tri koraka: fuziju dva haploidna jezgra, fenomen rekombinacije koji proizvodi nove genotipove i podjelu diploidnih stanica u obliku haploidnih jezgri..

S ove točke gledišta, spol u eukariotima ovisi o životnom ciklusu, u kojem diploidne stanice moraju biti podijeljene mejozom. Ovaj proces meiotičke podjele zadužen je za distribuciju genetskog materijala budućih gameta.

Meiosis ima za cilj odvojiti homologne kromosome na takav način da svaka gameta posjeduje polovicu somatskih kromosoma. Osim smanjenja genetskog opterećenja, kod mejoze dolazi do razmjene materijala između ne-sestrinskih kromatida, što rezultira potpuno novim kombinacijama.

gamet

Gamete su spolne stanice organizama koje nastaju mejozom i sadrže pola genetskog opterećenja, tj. Haploidne su.

Gamete se razlikuju u biljkama i životinjama, a razvrstavaju se u tri osnovne kategorije ovisno o njihovoj veličini i relativnoj pokretljivosti u: izogamiji, anizogamiji i oogamiji.

Izogamija je način spolne reprodukcije gdje se gamete koje se spajaju da bi se stvorio novi pojedinac, jednake veličine, pokretljivosti i strukture. Izogamija je zastupljena uglavnom u biljkama.

Nasuprot tome, anizogamija se sastoji od sjedinjenja dviju gameta koje se razlikuju po veličini i strukturi. Poseban tip anizogamije je oogamija, gdje su muške gamete relativno male veličine i brojne. Ženske su mnogo upadljivije i proizvode se u manjem broju.

Seksualna reprodukcija kod životinja

U životinjskom carstvu spolna reprodukcija je fenomen koji je široko rasprostranjen među članovima skupine.

Gotovo svi beskralježnjaci i kralježnjaci posjeduju spolove u odvojenim organizmima - to jest, možemo razlikovati mušku i žensku osobu u vrsti. Taj se uvjet naziva dioica, pojam koji potječe od grčkih korijena "dvije kuće".

Nasuprot tome, postoje neke manje brojne vrste čiji su spolovi prisutni u istoj osobi nazvanoj monoi: "kuća". Ove životinje su također poznate kao hermafroditi.

Razlika između spolova nije određena morfološkim karakteristikama veličine ili obojenosti, već vrstom gameta koje svaki spol proizvodi.

Ženke proizvode ovule, koje karakterizira njihova velika veličina i nepokretnost. S druge strane, mužjaci proizvode spermu u većoj količini, mnogo su manji i imaju posebne strukture za kretanje i oplodnju jajne stanice..

Zatim ćemo opisati tipične spolne organe životinja, a zatim ćemo detaljno opisati proces reprodukcije u svakoj skupini životinja.

Strukture povezane s reprodukcijom

Specijalizirane stanice za spolnu reprodukciju - ovule i spermije - proizvode se u specifičnim tkivima zvanim gonade.

Kod muškaraca, testisi su odgovorni za proizvodnju sperme, dok se ženske gamete formiraju u jajnicima.

Gonade se smatraju primarnim spolnim organima. Dodatni spolni organi prisutni su u velikoj skupini metazoana koji su odgovorni za primanje i prijenos ovula i spermija. Kod ženki nalazimo vaginu, cijev maternice ili jajovode i maternicu, dok je kod mužjaka penis.

poriferans

Porifera se obično naziva spužvama i može se reproducirati i seksualno i aseksualno. U većine vrsta, proizvodnja muških i ženskih gameta javlja se kod jednog pojedinca.

Choanocytes su posebna vrsta stanica ove loze, koja se može pretvoriti u spermu. U drugim skupinama gamete se mogu izvesti iz arheita.

Mnoge su vrste viviparne, što ukazuje da zigota zadržava roditeljski organizam sve do pojave ličinke. U tim se vrstama sperma ispušta u vodu i uzima drugu spužvu.

cnidarians

Žarnici su morski organizmi koji uključuju meduze i srodne. Ove životinje imaju dvije morfologije: prva je polip, a karakterizira ga život u sesilnom obliku, dok je drugi oblik meduza koja se može kretati i plutati..

Općenito, polipi se razmnožavaju aseksualno postupcima pupanja ili fisije. Meduza je dioica i seksualno se reproducira. Životni ciklus u ovoj skupini je vrlo promjenjiv.

Acelomorphs i flatworms

Flatworms, kao što su planari, poznati su prvenstveno zbog njihove sposobnosti da se regeneriraju i proizvedu više klonova od jednog pojedinca putem aseksualnih.

Većina ovih životinja je jednodomna. Ipak, oni traže partnera za obavljanje unakrsne oplodnje.

Muški reproduktivni sustav uključuje nekoliko testisa i strukturu sličnu papili sličnoj penisima složenih kralježnjaka.

Mekušci i anelidi

Većina mekušaca je dioična, a njihova reprodukcija uzrokuje ličinku koja se može slobodno plivati ​​pod nazivom trocfera (vrlo slična ličinki prisutna u anelidima) i varira prema vrstama mekušaca..

Slično tome, anelidi imaju odvojene spolove, au nekim se gonade pojavljuju privremeno.

člankonožaca

Člankonošci su izuzetno raznolika skupina životinja, koju karakterizira egzoskelet sastavljen od hitina i artikuliranih privjesaka. Ova linija uključuje miriápodos, quelicerados, rakove i heksapode.

Općenito su spolovi odvojeni, organi koji su specijalizirani za reprodukciju pojavljuju se u parovima. Većina vrsta ima unutarnju oplodnju. Oni mogu biti jajoliki, ovoviviparous ili viviparous.

bodljikaša

Bodljikaši uključuju morske zvijezde, morske krastavce, morske ježeve i saveznike. Iako postoje neke hermafroditske vrste, većina ih karakterizira razdvajanje spolova. Gonade su velike strukture, kanali su jednostavni i ne postoje složeni kopulacijski organi.

Oplodnja se odvija izvana i razvija se bilateralna larva koja se može slobodno kretati u vodenom tijelu. Neke vrste imaju izravan razvoj.

svitkovci

Većina spolova je odvojena. U ovoj skupini nalazimo složenije organe za reprodukciju. Svaki spol ima gonade s kanalima koji proizvode od njih usmjeravaju u kanalizaciju ili na poseban otvor koji se nalazi u blizini anusa. Ovisno o skupini, gnojidba može biti vanjska ili unutarnja.

Partenogeneza u životinja

Partenogeneza je fenomen široko zastupljen u životinjskom carstvu, uglavnom u beskralješnjacima i nekim kralježnjacima, što omogućuje stvaranje nove osobe s jednim roditeljem. Iako je to oblik aseksualnog razmnožavanja, određeni tipovi partenogeneze smatraju se vrstama spolne reprodukcije.

U meiotičkoj partenogenezi, jajolica se formira mejozom i može, ali i ne može biti oplođena spermom muškog spola.

U nekim slučajevima ovule mora aktivirati muška gameta. U ovom slučaju ne dolazi do fuzije obje jezgre, jer se genetski materijal iz sperme odbacuje.

Međutim, kod nekih vrsta jajne stanice se mogu spontano razviti bez potrebe za aktivacijskim procesom.

Seksualna reprodukcija u biljkama

Kao i kod životinja, biljke mogu doživjeti spolnu reprodukciju. Sastoji se od sjedinjenja dviju haploidnih gameta koje će dovesti do novog pojedinca s jedinstvenim genetskim karakteristikama.

Biljka može posjedovati muške i ženske organe u jednoj jedinki ili se može odvojiti. U krastavcima i mlijeku spolovi su odvojeni, dok su u ružama i petuniama spolovi zajedno.

Cvijet

Tijelo odgovorno za procese spolne reprodukcije je cvijeće. Ove specijalizirane strukture imaju regije koje izravno ne sudjeluju u reprodukciji: čašica i vijenac, te seksualno aktivne strukture: androceo i ginekol..

Androceo je muški reproduktivni organ sastavljen od stamenca, koji je pak podijeljen na nit i anther. Ova posljednja regija odgovorna je za proizvodnju zrnaca peludi.

Gynoecium je ženski cvjetni organ i sastoji se od jedinica nazvanih carpels. Struktura je slična izduženoj "kapi" i podijeljena je na stigmu, stil i konačno na jajnik.

oprašivanje

Proces seksualnog razmnožavanja u biljkama odvija se uglavnom kroz oprašivanje, koje uključuje transport zrnaca peludi od antera do stigme..

Oprašivanje se može dogoditi u istom cvijetu (peludna zrna idu u ženski organ iste biljke) ili se mogu prelaziti, gdje peludna zrnca oplode drugačiju osobu.

U većini biljaka nužna je intervencija životinje za oprašivanje. To mogu biti beskralježnjaci, kao što su pčele ili drugi kukci ili kralježnjaci kao što su ptice i šišmiši. Biljka nudi kao nagradu oprašivaču nektar i oni su odgovorni za raspršivanje peludi.

Cvjetne strukture koje izravno ne sudjeluju u reprodukciji su vijenac i čašica. To su modificirani listovi, u mnogim slučajevima upečatljivih i živih boja, koje su odgovorne za vizualno ili kemijsko privlačenje potencijalnog oprašivača..

Isto tako, neke biljke ne zahtijevaju oprašivače životinja i koriste vjetar ili vodu za raspršivanje peludi.

Oplodnja, sjeme i voće

Proces započinje dolaskom zrnaca peludi na stigmu cvijeta. Ovako putuju dok ne pronađu jajnik.

Dvostruka gnojidba tipična je za cvjetnice i jedinstvena je među svim organizmima. Pojava se odvija na sljedeći način: jezgra sperme je vezana za jaje, a druga jezgra sperme spojena je s diploidnim embrijem sporofita.

Rezultat ovog neobičnog oplođenog događaja je trioploidni endosperm koji će djelovati kao hranjivo tkivo za razvoj organizma. Kada se uspješno sazrijeva ovula, one se pretvaraju u sjemenke. Plod je, s druge strane, formiran od zrelih jajnika.

Plod se može klasificirati kao jednostavan ako dolazi iz zrelog jajnika i može se dodati ako se razvije iz nekoliko jajnika, kao što je jagoda, na primjer.

Seksualna reprodukcija u bakterijama

Bakterije su poznate ponajprije zbog svoje sposobnosti reprodukcije aseksualno.

U toj prokariotskoj lozi pojedinac je sposoban podijeliti se u dva procesa koji se nazivaju binarna fisija. Međutim, postoje brojni mehanizmi u bakterijama koje podsjećaju na spolnu reprodukciju budući da postoji razmjena genetskog materijala.

Do sredine 1940-ih smatralo se da se bakterije reproduciraju isključivo aseksualnim putem. Međutim, istraživači Joshua Lederberg i Edward Tatum demantirali su to uvjerenje kroz genijalni eksperiment koristeći bakteriju kao model. E. coli s različitim zahtjevima hrane.

Eksperiment se sastojao od soja A koji raste u minimalnom mediju s metioninom i biotinom i sojem B koji je rastao samo u okolini s treoninom, leucinom i tiaminom. Drugim riječima, svaki soj je imao mutaciju koja ga je spriječila u sintezi tih spojeva, stoga su morali biti sintetizirani u mediju za kulturu..

Kada su se kolonije kontaktirale nekoliko sati, pojedinci su stekli sposobnost da sintetiziraju hranjive tvari koje ranije nisu mogli. Tako su Lederberg i Tatum pokazali da postoji proces razmjene DNA sličan spolnoj reprodukciji i nazvali su je konjugacijom.

konjugacija

Proces konjugacije odvija se kroz strukturu sličnu mostu, nazvanu seksualni pili, koji fizički povezuje dvije bakterije i omogućuje razmjenu DNA.

Budući da bakterije nemaju spolni dimorfizam, ne možemo govoriti o mužjacima i ženkama. Međutim, samo jedan tip može proizvesti pili, a oni imaju posebne fragmente DNK koji se nazivaju faktor F, za "plodnost". Faktor F ima gene za proizvodnju pilija.

DNA koja sudjeluje u razmjeni nije dio jednog bakterijskog kromosoma. Umjesto toga, to je izolirani kružni dio koji se naziva plazmid, koji ima svoj vlastiti replikacijski sustav.

transformacija

Osim konjugacije, postoje i drugi procesi u kojima bakterije mogu dobiti dodatnu DNK i karakterizirane su jednostavnijom od konjugacije. Jedna od njih je transformacija, koja se sastoji od uzimanja gole DNA iz vanjskog okruženja. Ovaj egzogeni fragment DNA može se integrirati u bakterijski kromosom.

Mehanizam transformacije ulazi u koncept spolne reprodukcije. Iako su bakterije uzele slobodnu DNA, ovaj genetski materijal morao je doći iz drugog organizma - na primjer bakterije koja je umrla i pustila svoju DNA u okoliš.

sstanično

Treći i posljednji mehanizam poznat u bakterijama za dobivanje vanjske DNA je transdukcija. To uključuje sudjelovanje virusa koji zarazi bakterije: bakteriofage.

U transdukciji virus uzima dio bakterijske DNA i kada se dogodi da inficira različitu bakteriju, može mu dati taj fragment. Neki autori koriste termin "seksualni događaji" da se odnose na ova tri mehanizma.

Evolucijska perspektiva

Sveprisutnost spolne reprodukcije u organizmima je istaknuta činjenica. Stoga je jedno od najvećih pitanja u evolucijskoj biologiji zašto se seks širi na toliko linija ako je to energetski skupa aktivnost, au nekim slučajevima čak i opasna..

Sumnja se da su selektivne sile koje potječu iz spolne reprodukcije u eukariotima iste da održavaju paraseksualne procese opisane za bakterije.

Troškovi seksa

U svjetlu evolucije, pojam "uspjeh" odnosi se na sposobnost pojedinca da prenese svoje gene na sljedeću generaciju. Paradoksalno, seks je proces koji ne ispunjava u potpunosti ovu definiciju, jer niz troškova povezanih s reprodukcijom.

Seksualna reprodukcija uključuje pronalaženje partnera, au većini slučajeva taj zadatak nije trivijalan. U ovaj posao morate uložiti mnogo vremena i energije koji će odrediti uspjeh potomstva - u smislu pronalaženja "idealnog partnera".

Životinje prikazuju niz rituala kako bi udvarali svoje potencijalne partnere iu nekim slučajevima moraju se boriti s izlaganjem vlastitog života kako bi se sparili.

Čak i na staničnoj razini, seks je skup, jer podjela mejozom traje mnogo dulje od mitoze. Dakle, zašto se većina eukariota reproducira seksualno?

Postoje dvije temeljne teorije. Jedan se odnosi na fuziju stanica kao mehanizam za horizontalni prijenos "sebičnog" genetskog elementa, dok druga teorija predlaže rekombinaciju kao mehanizam popravka DNA. Zatim ćemo opisati prednosti i nedostatke svake teorije:

Prednosti seksa

Da bismo odgovorili na ovo pitanje, moramo se usredotočiti na moguće dobrobiti spolne reprodukcije kod prvih eukariota.

Fuzija gameta u obliku zigote dovodi do kombinacije dva različita genoma koji su sposobni nadoknaditi moguće defektne gene jednog genoma s normalnom kopijom drugog.

Primjerice, kod ljudi nasljeđujemo kopiju svakog roditelja. Ako naslijedimo neispravan gen od naše majke, normalan gen našeg oca može nadoknaditi (u tom slučaju patologija ili bolest se pojavljuje samo kao homozigotna recesivna).

Druga teorija - ne toliko intuitivna kao prva - predlaže da mejoza djeluje kao mehanizam popravka u DNA. Oštećenje genetskog materijala je problem s kojim se moraju suočiti svi organizmi. Međutim, postoje organizmi koji se razmnožavaju samo aseksualno, a njihova DNK nije posebno oštećena.

Druga hipoteza navodi da je seks mogao evoluirati kao parazitska prilagodba među sebičnim genetskim elementima, kako bi se distribuirala prema drugim genetskim linijama. Sličan mehanizam je dokazan u E. coli.

Iako postoje moguća objašnjenja, evolucija spola je predmet teške rasprave među evolucijskim biolozima.

Seksualni odabir

Seksualna selekcija je koncept koji je uveo Charles Darwin i koji se primjenjuje samo na populacije koje imaju spolnu reprodukciju. Koristi se da objasni prisutnost ponašanja, struktura i drugih atributa čije postojanje ne može biti shvaćeno prirodnom selekcijom.

Primjerice, perje tako živopisno i do određene mjere "pretjerano" od paunova ne donosi izravnu korist pojedincu, jer ga čini vidljivijim mogućim predatorima. Osim toga, prisutan je samo kod muškaraca.

reference

  1. Colegrave, N. (2012). Evolucijski uspjeh seksa: Znanost i društvo o seksu i znanosti. EMBO izvješća, 13(9), 774-778.
  2. Crow, J.F. (1994). Prednosti spolne reprodukcije. Razvojna genetika, 15(3), 205-213.
  3. Freeman, S., & Herron, J.C. (2002). Evolucijska analiza. Prentice Hall.
  4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Podrijetlo eukariotske seksualne reprodukcije. Perspektive hladne proljetne luke u biologiji, 6(3), a016154.
  5. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrirani principi zoologije. New York: McGraw-Hill.
  6. Leonard, J., i Córdoba-Aguilar, A. (ur.). (2010). Evolucija primarnih seksualnih znakova u životinja. Oxford University Press.
  7. Sawada, H., Inoue, N., i Iwano, M. (2014). Seksualna reprodukcija u životinja i biljaka. Springer-Verlag GmbH.