Značilnosti spolne reprodukcije, vrste, rastline, živali



The spolno razmnoževanje je razmnoževanje posameznikov iz dveh staršev različnih spolov: moškega in ženskega - razen pri spolnem razmnoževanju pri bakterijah ali protozoah, kjer ni razlik med spoloma. To je zelo razširjen proces v evkariontskih organizmih.

Vsak posameznik, ki sodeluje pri spolnem razmnoževanju, proizvaja tip specializiranih celic zarodnih linij: spermo in ovule. Ti izvirajo iz vrste specializirane celične delitve, ki se imenuje mejoza. Ta dogodek je ključna razlika med aseksualnim in spolnim razmnoževanjem.

Proces se začne z združitvijo dveh gamet, ki povzročata zigot. Nato zigota sproži novega posameznika z značilnostmi obeh staršev in z določenimi posebnostmi.

Zaradi vseprisotnosti procesa sklepamo, da spolna reprodukcija predvideva vrsto prednosti glede aseksualca. Vendar pa so možne slabosti spolnega razmnoževanja bolj očitne: čas in energija, vložena v iskanje partnerjev, tekmovanje za ženske, stroški proizvodnje gamet, ki niso oplojene, med drugim..

Zdi se, da so stroški zelo visoki, zato morajo imeti znatne prednosti, ki pomagajo nadomestiti. Koristi spolnega razmnoževanja so bile predmet spora in razprave med evolucijskimi biologi.

Ena od hipotez kaže, da je spolno razmnoževanje koristno, ker proizvaja sorte, ki bi bile v času okoljskih sprememb lahko dobičkonosne za vrsto. Pravzaprav je proizvodnja genetske variabilnosti ena od prednosti, ki se pripisujejo spolu.

Po drugi strani pa nekateri raziskovalci predlagajo, da je spolno razmnoževanje, zlasti rekombinacija, izbrano kot mehanizem za popravilo DNK. Vendar pa je razširjenost spola kljub stroškom še vedno neznana..

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti
  • 2 Gameto
  • 3 Spolno razmnoževanje pri živalih
    • 3.1 Strukture, povezane z reprodukcijo
    • 3.2 Porifera
    • 3.3 Žarničarji
    • 3.4 Acelomorphs in flatworms
    • 3.5 Mehkužci in anelidi
    • 3.6 členonožcev
    • 3.7 Iglokožci
    • 3.8 Cordados
  • 4 Partenogeneza pri živalih
  • 5 Spolno razmnoževanje v rastlinah
    • 5.1 Cvet
    • 5.2 Opraševanje
    • 5.3 Gnojenje, semena in sadje
  • 6 Spolno razmnoževanje pri bakterijah
    • 6.1 Konjugacija
    • 6.2 Preoblikovanje
    • 6.3 Transdukcija
  • 7 Evolucijska perspektiva
    • 7.1 Stroški za spol
    • 7.2 Koristi spola
    • 7.3 Spolna izbira
  • 8 Reference

Splošne značilnosti

Spol je kompleksen pojav, ki se med eukariotskimi taksoni zelo razlikuje. Na splošno jo lahko razumemo kot proces, ki vključuje tri korake: fuzijo dveh haploidnih jeder, fenomen rekombinacije, ki proizvaja nove genotipe in delitev diploidnih celic, da tvorijo haploidna jedra..

S tega vidika je spol pri evkariontih odvisen od življenjskega cikla, v katerem je treba diploidne celice deliti z mejozo. Ta proces meiotične delitve je odgovoren za distribucijo genetskega materiala prihodnjih gamet.

Namen mejoze je ločiti homologne kromosome tako, da ima vsaka gameta polovico somatskih kromosomov. Poleg zmanjšanja genetske obremenitve pri mejozah pride do izmenjave materiala med ne-sestrskimi kromatidi, ki proizvajajo popolnoma nove kombinacije.

Gametos

Gamet je spolne celice organizmov, ki nastanejo z mejozo in vsebujejo polovico genetske obremenitve, kar pomeni, da so haploidne.

Gamete se razlikujejo tako v rastlinah kot pri živalih in so razvrščene v tri osnovne kategorije, odvisno od njihove velikosti in relativne mobilnosti: izogamija, anizogamija in oogamija.

Izogamija je način spolnega razmnoževanja, kjer se gamete, ki se združijo, da bi ustvarile novega posameznika, enake po velikosti, mobilnosti in strukturi. Izogamija je zastopana predvsem v rastlinah.

Nasprotno pa anizogamija sestoji iz združitve dveh gamet, ki se razlikujeta po velikosti in strukturi. Poseben tip anizogamije je oogamija, kjer so moške gamete relativno majhne in številčne. Ženske so veliko bolj opazne in se proizvajajo v manjšem številu.

Spolno razmnoževanje pri živalih

V živalskem kraljestvu je spolno razmnoževanje pojav, ki je široko razširjen med člani skupine.

Skoraj vsi nevretenčarji in vretenčarji imajo spolne organizme v ločenih organizmih, kar pomeni, da lahko v posamezni vrsti ločimo moškega in žensko. Ta pogoj se imenuje dioica, izraz, ki izhaja iz grških korenin "dve hiši".

V nasprotju s tem pa obstajajo nekatere manj številne vrste, katerih spol je prisoten v istem posamezniku, ki se imenuje mono: "hiša". Te živali so znane tudi kot hermafroditi.

Razlika med spoloma ni podana z morfološkimi značilnostmi velikosti ali obarvanosti, temveč z vrsto zaroda, ki ga vsak spol ustvari..

Samice proizvajajo ovule, za katere je značilna velika velikost in nepremičnost. Po drugi strani pa spermo proizvajajo moški v večji količini, so veliko manjši in imajo posebne strukture za gibanje in sposobnost oploditve jajčeca..

Nato bomo opisali tipične spolne organe živali in nato podrobno opisali postopek razmnoževanja v vsaki skupini živali.

Strukture, povezane z reprodukcijo

Specializirane celice za spolno razmnoževanje - jajca in sperma - se proizvajajo v specifičnih tkivih, imenovanih spolne žleze.

Pri moških so testisi odgovorni za tvorbo sperme, ženske spolne celice pa v jajčnikih.

Gonade veljajo za primarne spolne organe. Dodatni spolni organi so prisotni v veliki skupini metazovcev, ki so odgovorni za sprejemanje in prenos ovul in sperme. Pri samicah najdemo vagino, maternične cevi ali jajcevod in maternico, pri samcih pa penis.

Porifera

Porifera je splošno znana kot spužve in se lahko razmnožuje spolno in aseksualno. Pri večini vrst se pri moških in ženskih gametah pojavlja pri posamezniku.

Choanocytes so posebna vrsta celic te linije, ki se lahko pretvori v spermo. V drugih skupinah lahko gamete izhajajo iz arhejcev.

Mnoge vrste so živorodne, kar kaže, da matični organizem ob pojavu oploditve zadrži zigote, dokler ne pride do sproščanja ličinke. Pri teh vrstah se sperma spusti v vodo in jo vzame druga goba.

Žarničarji

Žarnice so morski organizmi, ki vključujejo meduze in sorodne. Te živali imajo dve morfologiji: prva je polip, za katero je značilen sesilni način življenja, druga pa je meduz, ki se lahko premika in plava..

Na splošno se polipi razmnožujejo s postopki pupkovanja ali fisije. Meduza je dioica in se spolno razmnožuje. Življenjski cikel v tej skupini je zelo različen.

Acelomorphs in flatworms

Ploski črvi, kot so planarji, so znani predvsem zaradi svoje sposobnosti regeneracije in proizvodnje večih klonov od posameznika prek aseksualnih.

Večina teh vermiformnih živali je enodomna. Kljub temu iščejo partnerja za izvajanje navzkrižne oploditve.

Moški reproduktivni sistem vključuje več testisov in strukturo podobno papili, podobno penisom kompleksnih vretenčarjev.

Mehkužci in anelidi

Večina mehkužcev je dioksnih in njihova reprodukcija povzroča ličinko, ki lahko prosto plava pod imenom trocófera (zelo podobna ličinki, prisotni v anelidih) in se spreminja glede na vrsto mehkužcev..

Podobno imajo anelidi ločene spolove in v nekaterih so spolne žleze, ki se pojavijo začasno.

Členonožce

Členonožci so izredno raznolika živalska skupina, za katero je značilen eksoskelet, sestavljen iz hitina in zgibnih dodatkov. Ta linija vključuje miriápodos, quelicerados, rake in hexapods.

Na splošno so spoli ločeni, organi, specializirani za razmnoževanje, se pojavijo v parih. Večina vrst ima notranje gnojenje. Lahko so jabolčni, ovoviviparni ali živorodni.

Iglokožci

Echinodermi vključujejo morske zvezde, morske kumare, morske ježke in zaveznike. Čeprav obstajajo nekatere hermaphroditske vrste, je večina značilna po ločenih spolih. Gonade so velike strukture, kanali so enostavni in ni izdelanih kopulacijskih organov.

Gnojenje poteka zunaj in razvije se dvostranska ličinka, ki se lahko prosto giblje v vodnem telesu. Nekatere vrste imajo neposreden razvoj.

Cordados

Večina spolov je ločenih. V tej skupini najdemo bolj zapletene organe za razmnoževanje. Vsak spol ima spolne žleze s kanali, ki produkte usmerjajo v kanalizacijo ali v posebno odprtino v bližini anusa. Glede na skupino je gnojenje lahko zunanje ali notranje.

Partenogeneza pri živalih

Partenogeneza je pojav, ki je zelo razširjen v živalskem svetu, predvsem pri nevretenčarjih in pri nekaterih vretenčarjih, kar omogoča nastanek novega posameznika z enim staršem. Čeprav gre za obliko aseksualnega razmnoževanja, se nekatere vrste partenogeneze obravnavajo kot vrste spolne reprodukcije.

V meiotični partenogenezi se jajce oblikuje z mejozo in se lahko oploji s spermo pri moških.

V nekaterih primerih mora ovule aktivirati moški gamete. V tem primeru ne pride do fuzije obeh jeder, saj se genski material iz sperme zavrže.

Vendar se lahko pri nekaterih vrstah jajčeca spontano razvijejo brez potrebe po aktivacijskem procesu.

Spolno razmnoževanje v rastlinah

Podobno kot pri živalih lahko rastline doživijo spolno reprodukcijo. Sestavljen je iz združitve dveh haploidnih gamet, ki bodo privedle do novega posameznika z edinstvenimi genetskimi značilnostmi.

Rastlina lahko poseduje moške in ženske organe pri posameznikih ali pa jih lahko ločimo. V kumarah in v mlečnih spolih so ločeni, medtem ko so v vrtnicah in petunijah spolovi skupaj.

Cvet

Organ, odgovoren za procese spolnega razmnoževanja, je cvetje. Te specializirane strukture imajo regije, ki ne sodelujejo neposredno pri razmnoževanju: čašica in cvet, ter spolno aktivne strukture: androceo in ginejski.

Androceo je moški reproduktivni organ, sestavljen iz prašnika, ki je nato razdeljen na žarilno nitko in prašnik. Ta zadnja regija je odgovorna za proizvodnjo pelodnih zrn.

Gynoecium je ženski cvetni organ in ga sestavljajo enote, ki se imenujejo kobilice. Struktura je podobna podolgovati "kapljici" in je razdeljena na stigmo, slog in končno na jajčnik.

Opraševanje

Proces spolnega razmnoževanja v rastlinah poteka predvsem prek opraševanja, ki vključuje prenos zrnc cvetnega prahu od prašnika do stigme..

Oploditev se lahko pojavi v istem cvetju (pelodna zrna gredo v ženski organ iste rastline) ali se lahko prečijo, kjer pelodna zrna gnojijo drugega posameznika.

V večini rastlin je potrebno intervencijo živali za opraševanje. To so lahko nevretenčarji, kot so čebele ali druge žuželke ali vretenčarji, kot so ptice in netopirji. Rastlina ponuja kot nagrado opraševalcu nektar in ti so odgovorni za razpršitev cvetnega prahu.

Cvetlične strukture, ki ne sodelujejo neposredno pri razmnoževanju, so craz in cvet. To so modificirani listi, v mnogih primerih izrazitih in živahnih barv, ki so odgovorne za vizualno ali kemično privabljanje potencialnega opraševalca..

Prav tako nekatere rastline ne zahtevajo opraševalcev živali in uporabljajo veter ali vodo za razpršitev cvetnega prahu.

Gnojenje, semena in sadje

Proces se začne s prihodom zrnc cvetnega prahu na stigmo rože. Tako potujejo, dokler ne najdejo jajčnika.

Dvojna oploditev je značilna za cvetoče rastline in edinstvena med vsemi organizmi. Pojav se pojavi na naslednji način: jedro sperme je pritrjeno na jajce in drugo jedro sperme je spojeno z diploidnim zarodkom sporofita..

Rezultat tega nenavadnega oploditvenega dogodka je trioploidni endosperm, ki bo deloval kot hranilno tkivo za razvoj organizma. Ko pride do uspešnega zorenja ovul, se spremenijo v semena. Sadje pa tvorijo zreli jajčniki.

Sadje se lahko razvrsti kot preprosto, če izvira iz zrelega jajčnika in se doda, če se razvije iz več jajčnikov, kot je jagoda, na primer.

Spolno razmnoževanje pri bakterijah

Bakterije so znane predvsem zaradi njihove nezmožnosti razmnoževanja.

V tej prokariontski liniji je posameznik sposoben deliti na dva dela s procesom, imenovanim binarna fisija. Vendar pa obstajajo številni mehanizmi pri bakterijah, ki spominjajo na spolno razmnoževanje, saj obstaja izmenjava genskega materiala.

Do sredine štiridesetih let prejšnjega stoletja so mislili, da se bakterije reproducirajo izključno po aseksualni poti. Vendar pa so raziskovalci Joshua Lederberg in Edward Tatum zanikali to prepričanje s pomočjo genialnega eksperimenta z uporabo bakterije kot modela. E. coli z različnimi zahtevami za hrano.

Poskus je obsegal sev A, ki raste v minimalnem mediju z metioninom in biotinom, in sev B, ki je rasel le v okoljih s treoninom, levcinom in tiaminom. Z drugimi besedami, vsak sev je imel mutacijo, ki ji je preprečila sintezo teh spojin, zato jih je bilo treba sintetizirati v gojišču kulture..

Ko so kolonije vzpostavile stik med seboj nekaj ur, so posamezniki pridobili sposobnost sintetizirati hranila, ki jih prej niso mogla. Tako sta Lederberg in Tatum dokazala, da je proces izmenjave DNK podoben spolni reprodukciji in so ga imenovali konjugacija.

Konjugacija

Proces konjugacije poteka preko strukture, podobne mostu, imenovanega spolni pili, ki fizično povezuje dve bakteriji in omogoča izmenjavo DNK..

Ker bakterije nimajo spolnega dimorfizma, ne moremo govoriti o moških in ženskah. Vendar lahko samo en tip proizvaja pili in imajo posebne fragmente DNK, imenovane faktor F, za "plodnost". Faktor F ima gene za proizvodnjo pili.

DNA, ki sodeluje v izmenjavi, ni del enotnega bakterijskega kromosoma. Namesto tega je izoliran krožni del, imenovan plazmid, ki ima svoj lastni replikacijski sistem.

Transformacija

Poleg konjugacije obstajajo tudi drugi procesi, pri katerih lahko bakterije pridobijo dodatno DNK in so označene s tem, da so enostavnejše od konjugacije. Ena od njih je transformacija, ki sestoji iz odvzemanja golih DNK iz zunanjega okolja. Ta eksogeni fragment DNA se lahko integrira v bakterijski kromosom.

Mehanizem transformacije vstopa v koncept spolne reprodukcije. Čeprav so bakterije vzele prosti DNA, je moral ta genetski material priti iz drugega organizma - na primer bakterije, ki je umrla in sprostila svojo DNA v okolje..

Transdukcija

Tretji in zadnji mehanizem, znan v bakterijah za pridobitev zunanje DNK, je transdukcija. To vključuje sodelovanje virusa, ki okuži bakterije: bakteriofage.

Pri transdukciji virus vzame del bakterijske DNK in ko se zgodi, da okuži razliko bakterije, mu ta fragment lahko prenese. Nekateri avtorji uporabljajo izraz "spolni dogodki", da se sklicujejo na te tri mehanizme.

Evolucijska perspektiva

Vsestransko spolno razmnoževanje v organizmih je pomembno dejstvo. Zato je eno od največjih vprašanj v evolucijski biologiji, zakaj se spol razširi na toliko rodov, če je to energetsko dragocena dejavnost - in v nekaterih primerih celo nevarna..

Obstaja sum, da so selektivne sile, ki izvirajo iz spolne reprodukcije v evkariontih, enake, da ohranjajo paraseksualne procese, opisane za bakterije..

Stroški spola

V luči evolucije se izraz "uspeh" nanaša na sposobnost posameznika, da prenese svoje gene na naslednjo generacijo. Paradoksalno je, da je seks proces, ki ne ustreza v celoti tej definiciji, saj je vrsta stroškov povezana z reprodukcijo.

Spolna reprodukcija vključuje iskanje partnerja in v večini primerov ta naloga ni nepomembna. V to delo morate vložiti ogromno časa in energije, ki bodo določili uspeh potomcev - v smislu iskanja "idealnega partnerja"..

Živali prikazujejo vrsto ritualov, da se udeleži svojih potencialnih partnerjev, v nekaterih primerih pa se morajo boriti, da bi razkrili svoje življenje, da bi se selili.

Tudi na celični ravni je seks drag, saj delitev z mejozo traja dlje kot mitoza. Torej, zakaj se večina eukariotov reproducira spolno?

Obstajata dve temeljni teoriji. Ena je povezana s fuzijo celic kot mehanizmom za horizontalni prenos "sebičnega" genetskega elementa, medtem ko druga teorija predlaga rekombinacijo kot mehanizem popravka DNK. V nadaljevanju bomo opisali prednosti in slabosti vsake teorije:

Koristi spola

Da bi odgovorili na to vprašanje, se moramo osredotočiti na možne koristi spolnega razmnoževanja pri prvih evkariontih.

Fuzija gamet, ki tvorijo zigote, vodi v kombinacijo dveh različnih genomov, ki lahko kompenzirajo možne defektne gene enega genoma z normalno kopijo drugega..

Na primer, pri ljudeh podedujemo kopijo vsakega od staršev. Če podedujemo defektni gen od naše matere, lahko normalni gen našega očeta nadomesti (v takem primeru se patologija ali bolezen pojavlja le kot homozigotna recesivna)..

Druga teorija - ne tako intuitivna kot prva - predlaga, da mejoza deluje kot mehanizem popravljanja v DNK. Poškodba genskega materiala je problem, s katerim se morajo soočiti vsi organizmi. Vendar pa obstajajo organizmi, ki se razmnožujejo le aseksualno, njihova DNK pa ni posebej poškodovana.

Druga hipoteza navaja, da se je spol lahko razvil kot parazitska prilagoditev med sebičnimi genetskimi elementi, da bi se razdelil na druge genetske rodove. Podoben mehanizem je bil dokazan v letu 2006. \ T E. coli.

Čeprav obstajajo možne razlage, je evolucija spola predmet naporne razprave med evolucijskimi biologi.

Spolna selekcija

Spolna selekcija je koncept, ki ga je predstavil Charles Darwin in se uporablja le za populacije s spolnim razmnoževanjem. Uporablja se za razlago prisotnosti vedenja, struktur in drugih atributov, katerih obstoj ni mogoče razumeti z naravno selekcijo.

Na primer, perje, ki je tako barvito in v določeni meri "pretirano" pavov, ne prinaša neposrednih koristi posamezniku, saj omogoča bolj vidno možnim plenilcem. Poleg tega je prisoten samo pri moških.

Reference

  1. Colegrave, N. (2012). Evolucijski uspeh spola: Science & Society Series o seksu in znanosti. EMBO poročila, 13(9), 774-778.
  2. Crow, J.F. (1994). Prednosti spolnega razmnoževanja. Razvojna genetika, 15(3), 205-213.
  3. Freeman, S., in Herron, J.C. (2002). Evolucijska analiza. Prenticeova dvorana.
  4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Izvor eukariotske spolne reprodukcije. Perspektive hladnega pomladnega pristanišča v biologiji, 6(3), a016154.
  5. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrirana načela zoologije. New York: McGraw-Hill.
  6. Leonard, J., in Córdoba-Aguilar, A. (ur.). (2010). Razvoj primarnih spolnih znakov pri živalih. Oxford University Press.
  7. Sawada, H., Inoue, N., in Iwano, M. (2014). Spolno razmnoževanje pri živalih in rastlinah. Springer-Verlag GmbH.