Sexuálne reprodukčné charakteristiky, typy, v rastlinách, u zvierat



sexuálnej reprodukcie je násobenie jednotlivcov z dvoch rodičov rôzneho pohlavia: muži a ženy - okrem prípadov, keď sa odkazuje na pohlavné rozmnožovanie baktérií a prvokov, kde nie je rozdielu pohlavia. Je to proces, široko rozšírený v eukaryotických organizmoch.

Každý jednotlivec, ktorý sa zúčastňuje na sexuálnej reprodukcii, produkuje typ špecializovaných buniek zárodočných línií: spermie a vajíčka. Tie pochádzajú z typu špecializovaného bunkového delenia, nazývaného meióza. Táto udalosť je rozhodujúcim rozdielom medzi asexuálnou a sexuálnou reprodukciou.

Proces začína spojením dvoch gamét, ktoré vedú k vzniku zygoty. Následne, zygota dáva vznik novému jedincovi s vlastnosťami oboch rodičov a s určitými jedinečnými znakmi.

Všadeprítomnosť procesu usudzujeme, že pohlavné rozmnožovanie zahŕňa rad výhod oproti asexuálnu. Avšak najnápadnejšie možné nevýhody pohlavného rozmnožovania: čas a energiu investovanej pri hľadaní partnerov, súťaže pre ženy, náklady na produkciu gamét sú neoplodnené mj.

Zdá sa, že náklady sú veľmi vysoké, takže musia mať značné výhody, ktoré pomôžu kompenzovať. Výhody sexuálnej reprodukcie boli predmetom diskusií a diskusií medzi evolučnými biológmi.

Jedna hypotéza naznačuje, že sexuálna reprodukcia je prospešná, pretože produkuje odrody, ktoré by mohli byť v čase zmien životného prostredia pre tento druh ziskové. V skutočnosti je produkcia genetickej variability jednou z výhod pripisovaných pohlaviu.

Na druhej strane niektorí výskumníci navrhujú, aby sa ako mechanizmus na opravu DNA vybrala sexuálna reprodukcia, konkrétne rekombinácia. Výskyt pohlavia napriek jeho nákladom však stále nie je známy..

index

  • 1 Všeobecné charakteristiky
  • 2 Gamety
  • 3 Sexuálna reprodukcia u zvierat
    • 3.1 Štruktúry spojené s reprodukciou
    • 3.2 Porifera
    • 3.3 Cnidariáni
    • 3.4 Acelomorfy a ploštice
    • 3.5 Mäkkýše a annelidy
    • 3.6 článkonožce
    • 3.7 Echinodermy
    • 3.8 Cordados
  • 4 Parthenogenéza u zvierat
  • 5 Sexuálna reprodukcia v rastlinách
    • 5.1 Kvetina
    • 5.2 Opeľovanie
    • 5.3 Hnojenie, semená a plody
  • 6 Sexuálna reprodukcia baktérií
    • 6.1 Konjugácia
    • 6.2 Transformácia
    • 6.3 Transdukcia
  • 7 Evolučná perspektíva
    • 7.1 Náklady na sex
    • 7.2 Výhody sexu
    • 7.3 Sexuálny výber
  • 8 Referencie

Všeobecné charakteristiky

Sex je komplexným javom eukaryotické taxónov sa veľmi líšia. Všeobecne možno pochopiť, ako proces, ktorý zahŕňa tri kroky: fúzia dvoch haploidných jadier, fenomén rekombinácie vedie nových genotypov a delenie diploidných buniek tvoriť haploid jadra.

Z tohto hľadiska pohlavie v eukaryotoch závisí od životného cyklu, v ktorom sa diploidné bunky musia rozdeliť meiózou. Tento proces meiotického delenia je zodpovedný za distribúciu genetického materiálu budúcich gamét.

Meióza má za cieľ oddeliť homológne chromozómy tak, že každý gamet má polovicu somatických chromozómov. Okrem redukcie genetického zaťaženia dochádza v meióze k výmene materiálu medzi nesesterskými chromatidmi aj pri tvorbe úplne nových kombinácií.

sexuálne reproduktívne bunka

Gamety sú pohlavné bunky organizmov, ktoré sú generované meiózou a obsahujú polovicu genetickej záťaže, to znamená, že sú haploidné..

Gamety sa líšia v rastlinách aj zvieratách a sú rozdelené do troch základných kategórií v závislosti od ich veľkosti a relatívnej mobility v: izogamii, anizogamii a oogamy.

Isogamy je spôsob sexuálnej reprodukcie, kde gaméty, ktoré sa spoja, aby vytvorili nového jedinca, sú identické čo do veľkosti, mobility a štruktúry. Izogamy sú zastúpené najmä v rastlinách.

Naproti tomu anizogamia pozostáva zo spojenia dvoch gamét, ktoré sa líšia veľkosťou a štruktúrou. Osobitným typom anizogamy je oogamia, kde sú mužské gamety relatívne malé a početné. Dámske sú oveľa nápadnejšie a vyrábajú sa v menšom počte.

Sexuálna reprodukcia zvierat

V živočíšnej ríši je sexuálne rozmnožovanie fenoménom široko distribuovaným členmi skupiny.

Takmer všetky bezstavovce a stavovce majú pohlavia v samostatných organizmoch - to znamená, že môžeme rozlišovať muža a ženu v druhu. Tento stav sa nazýva dioika, termín, ktorý je odvodený z gréckych koreňov „dva domy“.

Na rozdiel od toho existujú určité menej početné druhy, ktorých pohlavia sú prítomné v rovnakom jedincovi nazývanom monoes: „house“. Tieto zvieratá sú tiež známe ako hermafroditi.

Rozdiel medzi pohlaviami nie je daný morfologickými charakteristikami veľkosti alebo sfarbenia, ale typom gamét, ktoré každé pohlavie produkuje..

Samice produkujú vajíčka, charakterizované veľkou veľkosťou a nehybnosťou. Spermie, na druhej strane, sú produkované samcami vo väčšom množstve, sú oveľa menšie a majú špeciálne štruktúry na pohyb a sú schopné oplodniť vajíčko.

Ďalej popíšeme typické pohlavné orgány zvierat a potom podrobne popíšeme proces reprodukcie v každej skupine zvierat.

Štruktúry spojené s reprodukciou

Špecializované bunky na sexuálnu reprodukciu - vajíčka a spermie - sa produkujú v špecifických tkanivách nazývaných gonády.

U samcov, semenníky sú zodpovedné za produkciu spermií, zatiaľ čo ženské gamety sú tvorené vo vaječníkoch.

Gonády sa považujú za primárne pohlavné orgány. Doplnkové pohlavné orgány sú prítomné vo veľkej skupine metazoanov, ktoré sú zodpovedné za príjem a prenos vajíčok a spermií. U žien nájdeme vagínu, maternicovú trubicu alebo vajíčkovod a maternicu, kým u samcov je penis.

poriferans

Porifera sú bežne známe ako špongie a môžu sa reprodukovať sexuálne aj asexuálne. Vo väčšine druhov sa produkcia mužských a ženských gamét vyskytuje u jediného jedinca.

Choanocyty sú špecifickým typom buniek tejto línie, ktoré môžu byť transformované do spermií. V iných skupinách môžu byť gaméty odvodené z archaeitov.

Mnohé druhy sú viviparózne, čo naznačuje, že za fenoménom oplodnenia je zygota zadržiavaná materským organizmom až do uvoľnenia larvy. U týchto druhov sa spermie uvoľňujú do vody a odoberajú inou špongiou.

Cnidarians

Cnidarians sú morské organizmy vrátane medúz a príbuzní. Tieto zvieratá sú znázornené dva morfologické znaky: prvá je polyp sa vyznačuje sediace životný štýl, zatiaľ čo druhá forma je medúzy je schopný sa pohybovať a plavák.

Všeobecne sa polypy reprodukujú asexuálne procesmi pučania alebo štiepenia. Medúza je dioica a reprodukuje sa sexuálne. Životný cyklus v tejto skupine je veľmi variabilný.

Acelomorfy a ploštice

Flatworms, ako napríklad planárni, sú známe predovšetkým svojou schopnosťou regenerovať a produkovať viac klonov z jediného jedinca prostredníctvom asexuálu.

Väčšina týchto vermiformných živočíchov je jednodomá. Napriek tomu hľadajú partnera, ktorý by vykonával krížové oplodnenie.

Mužský reprodukčný systém zahŕňa niekoľko semenníkov a štruktúru podobnú papile podobnú penisom komplexných stavovcov.

Mäkkýše a annelidy

Väčšina mäkkýšov sú dvojdomej a reprodukcie vedie larvy sú schopné voľne plávať názvom trocófera (veľmi podobný súčasných larva špirálovcov) a mení sa v závislosti na druhu mäkkýšov.

Podobne, annelids majú samostatné pohlavia av niektorých majú gonády, ktoré sa objavujú dočasne.

článkonožcov

Článkonožce sú mimoriadne rôznorodá živočíšna skupina, charakterizovaná exoskeletom zloženým z chitínu a kĺbových príveskov. Táto línia zahŕňa miriápodos, quelicerados, kôrovce a hexapody.

Vo všeobecnosti sú pohlavia oddelené, orgány špecializované na reprodukciu sa objavujú v pároch. Väčšina druhov má vnútorné oplodnenie. Môžu byť oviparózne, ovoviviparózne alebo viviparózne.

ostnokožcov

Medzi echinodermy patria hviezdice, morské uhorky, morské ježky a spojenci. Hoci existujú niektoré hermafroditické druhy, väčšina z nich sa vyznačuje tým, že majú oddelené pohlavia. Gonády sú veľké štruktúry, kanály sú jednoduché a neexistujú žiadne komplikované kopulačné orgány.

K oplodneniu dochádza navonok a vyvíja sa bilaterálna larva, ktorá sa môže voľne pohybovať v tele vody. Niektoré druhy majú priamy vývoj.

Chordáty

Väčšina pohlaví je oddelená. V tejto skupine nájdeme zložitejšie orgány na reprodukciu. Každé pohlavie má gonády s kanálmi, ktoré smerujú produkty z nich do kanalizácie alebo do špeciálneho otvoru umiestneného v blízkosti konečníka. V závislosti od skupiny môže byť hnojenie externé alebo interné.

Parthenogenéza u zvierat

Parthenogenéza je fenomén široko zastúpený v živočíšnej ríši, najmä v bezstavovcoch av niektorých stavovcoch, čo umožňuje generovanie nového jedinca s jedným rodičom. Hoci ide o formu asexuálnej reprodukcie, niektoré typy partenogenézy sa považujú za typy sexuálnej reprodukcie.

Pri meiotickej parthenogenéze je ovulia tvorená meiózou a môže alebo nemusí byť oplodnená spermiami muža..

V niektorých prípadoch musia byť vajíčka aktivované mužským gametom. V tomto prípade nedochádza k fúzii oboch jadier, pretože genetický materiál zo spermií sa vyhodí.

U niektorých druhov sa však vajíčka môžu spontánne vyvíjať bez potreby aktivačného procesu.

Sexuálna reprodukcia v rastlinách

Podobne ako v prípade zvierat, rastliny môžu zažiť sexuálne rozmnožovanie. Pozostáva zo spojenia dvoch haploidných gamét, ktoré spôsobia vznik nového jedinca s jedinečnými genetickými vlastnosťami.

Rastlina môže mať samčie a samičie orgány u jediného jedinca alebo môže byť oddelená. V uhorky a v mliečnych farbách sú pohlavia oddelené, zatiaľ čo na ruží a petúniách sú pohlavia spolu.

Kvetina

Orgánom zodpovedným za procesy sexuálnej reprodukcie sú kvety. Tieto špecializované štruktúry majú regióny, ktoré sa priamo nezúčastňujú na reprodukcii: kalich a koruna a sexuálne aktívne štruktúry: androceo a gynoecium.

Androceo je mužský reprodukčný orgán zložený z tyčinky, ktorá je následne rozdelená na vlákno a prašník. Tento posledný región je zodpovedný za výrobu peľových zŕn.

Gynecium je ženský kvetinový orgán a skladá sa z jednotiek nazývaných karpely. Štruktúra je podobná pretiahnutej "kvapke" a je rozdelená na stigma, štýl a nakoniec vaječník.

opelenie

Proces sexuálneho rozmnožovania v rastlinách sa uskutočňuje hlavne opelením, ktoré zahŕňa transport peľových zŕn z prašníka do stigmy..

Opeľovanie môže nastať v tom istom kvete (peľové zrnká idú do ženského orgánu tej istej rastliny) alebo sa môžu krížiť, kde peľové zrná oplodňujú inú osobu.

Vo väčšine rastlín je potrebné vykonať zákrok zvieraťa na opelenie. Môžu to byť bezstavovce, ako napríklad včely alebo iný hmyz alebo stavovce, ako napríklad vtáky a netopiere. Rastlina ponúka ako odmenu pre opeľovače nektár a tieto sú zodpovedné za rozptýlenie peľu.

Kvetinové štruktúry, ktoré sa priamo nezúčastňujú na reprodukcii, sú koruna a kalich. Ide o modifikované listy v mnohých prípadoch výrazných a živých farieb, ktoré sú zodpovedné za vizuálne alebo chemicky priťahovanie potenciálneho opeľovača..

Podobne, niektoré rastliny nevyžadujú opylovače zvierat a na rozptýlenie peľu používajú vietor alebo vodu.

Hnojenie, semená a ovocie

Proces začína príchodom peľových zŕn do stigmy kvetu. Títo cestujú, až kým nenájdu vaječník.

Dvojité hnojenie je typické pre kvitnúce rastliny a jedinečné medzi všetkými organizmami. Tento jav sa vyskytuje nasledovne: jadro spermií je pripojené k vajcu a ďalšie jadro spermií je fúzované s diploidným embryom sporofytu.

Výsledkom tejto nezvyčajnej fekutácie je trioploidný endosperm, ktorý bude pôsobiť ako výživné tkanivo pre vývoj organizmu. Akonáhle dôjde k úspešnému dozrievaniu vajíčok, transformujú sa na semená. Ovocie je naopak tvorené zrelými vaječníkmi.

Plod môže byť klasifikovaný ako jednoduchý, ak pochádza zo zrelého vaječníka a môže byť pridaný, ak sa vyvíja z niekoľkých vaječníkov, napríklad jahody..

Sexuálna reprodukcia baktérií

Baktérie sú známe predovšetkým svojou schopnosťou reprodukovať asexuálne.

V tejto prokaryotickej línii je jedinec schopný rozdeliť sa na dva procesom nazývaným binárne štiepenie. Existuje však mnoho mechanizmov v baktériách, ktoré pripomínajú sexuálnu reprodukciu, pretože dochádza k výmene genetického materiálu.

Až do polovice 40. rokov sa predpokladalo, že baktérie sa reprodukujú výlučne asexuálnou cestou. Výskumníci Joshua Lederberg a Edward Tatum však túto vieru popierali prostredníctvom dômyselného experimentu s použitím baktérie ako modelu E. coli s rôznymi požiadavkami na potraviny.

Experiment pozostával z kmeňa A rastúceho v minimálnom médiu s metionínom a biotínom a B kmeňom, ktorý rástol iba v prostrediach s treonínom, leucínom a tiamínom. Inými slovami, každý kmeň mal mutáciu, ktorá mu zabránila syntetizovať tieto zlúčeniny, a preto museli byť syntetizované v kultivačnom médiu..

Keď sa kolónie niekoľko hodín kontaktovali, jedinci získali schopnosť syntetizovať živiny, ktoré predtým nemohli. Lederberg a Tatum teda demonštrovali, že existuje proces výmeny DNA podobný sexuálnej reprodukcii a nazývali ho konjugáciou.

časovanie

Proces konjugácie prebieha prostredníctvom štruktúry podobnej mostu, nazývanej sexuálna pili, ktorá fyzicky spája dve baktérie a umožňuje výmenu DNA..

Keďže baktérie nemajú sexuálny dimorfizmus, nemôžeme hovoriť o mužoch a ženách. Avšak len jeden typ môže produkovať pili a majú špeciálne fragmenty DNA nazývané faktor F, pre "plodnosť". Faktor F má gény na produkciu pili.

DNA, ktorá sa zúčastňuje na výmene, nie je súčasťou jediného bakteriálneho chromozómu. Namiesto toho je to izolovaná kruhová časť nazývaná plazmid, ktorý má vlastný replikačný systém.

premena

Okrem konjugácie existujú aj iné procesy, kde baktérie môžu získať extra DNA a sú charakterizované tým, že sú jednoduchšie ako konjugácia. Jedným z nich je transformácia, ktorá spočíva v odobratí nahej DNA z vonkajšieho prostredia. Tento exogénny DNA fragment sa môže integrovať do bakteriálneho chromozómu.

Mechanizmus transformácie vstupuje do konceptu sexuálnej reprodukcie. Hoci baktérie mali voľnú DNA, tento genetický materiál musel pochádzať z iného organizmu - napríklad baktérie, ktorá zomrela a uvoľnila svoju DNA do životného prostredia..

transdukcia

Tretí a posledný mechanizmus známy v baktériách na získanie externej DNA je transdukcia. To zahŕňa účasť vírusu, ktorý infikuje baktérie: bakteriofágy.

V transdukcii vírus berie časť bakteriálnej DNA a keď sa stane, že infikuje rozdielnu baktériu, môže tento fragment preniesť na neho. Niektorí autori používajú termín „sexuálne udalosti“ na označenie týchto troch mechanizmov.

Evolučná perspektíva

Všadeprítomnosť sexuálnej reprodukcie v organizmoch je významnou skutočnosťou. Preto je jednou z najväčších otázok v evolučnej biológii dôvod, prečo sa sex šíri v toľkých líniách, ak ide o energeticky nákladnú činnosť - av niektorých prípadoch dokonca nebezpečnú..

Predpokladá sa, že selektívne sily, ktoré vznikli v sexuálnej reprodukcii v eukaryotoch, sú rovnaké ako tie, ktoré zachovávajú parasexuálne procesy opísané pre baktérie..

Sexuálne náklady

Vo svetle evolúcie sa termín "úspech" vzťahuje na schopnosť jednotlivca odovzdať svoje gény ďalšej generácii. Paradoxne, sex je proces, ktorý úplne nespĺňa túto definíciu, pretože séria nákladov spojených s reprodukciou.

Sexuálna reprodukcia zahŕňa nájdenie partnera a vo väčšine prípadov táto úloha nie je triviálna. Do tejto práce musíte investovať obrovské množstvo času a energie, ktoré určia úspech potomkov - čo sa týka nájdenia „ideálneho partnera“..

Zvieratá zobrazujú sériu rituálov, aby sa mohli snažiť o potencionálnych partnerov a v niektorých prípadoch musia bojovať o vystavenie svojho vlastného života, aby mohli kopírovať.

Aj na bunkovej úrovni je sex drahý, pretože delenie meiózou trvá oveľa dlhšie ako mitóza. Tak prečo sa väčšina eukaryotov reprodukuje sexuálne?

Existujú dve základné teórie. Jeden je spojený s bunkovou fúziou ako mechanizmom pre horizontálny prenos "sebeckého" genetického prvku, zatiaľ čo druhá teória navrhuje rekombináciu ako mechanizmus opravy DNA. Ďalej popíšeme klady a zápory každej teórie:

Výhody sexu

Aby sme odpovedali na túto otázku, musíme sa zamerať na možné prínosy sexuálnej reprodukcie v prvých eukaryotoch.

Fúzia gamét za vzniku zygoty vedie k kombinácii dvoch rôznych genómov, ktoré sú schopné kompenzovať možné defektné gény jedného genómu normálnou kópiou druhého genómu..

Napríklad u ľudí zdedíme kópiu každého rodiča. Ak zdedíme chybný gén od našej matky, normálny gén nášho otca môže kompenzovať (v takom prípade, že patológia alebo choroba sa javí ako homozygotná recesívna).

Druhá teória - nie tak intuitívna ako prvá - navrhuje, aby meióza pôsobila ako opravný mechanizmus v DNA. Poškodenie genetického materiálu je problémom, ktorému musia čeliť všetky organizmy. Existujú však organizmy, ktoré sa reprodukujú len asexuálne a ich DNA nie je obzvlášť poškodená.

Ďalšia hypotéza uvádza, že sex sa mohol vyvinúť ako parazitická adaptácia medzi sebeckými genetickými prvkami, aby sa mohol distribuovať do iných genetických línií. Podobný mechanizmus bol preukázaný v. \ T E. coli.

Hoci existujú možné vysvetlenia, evolúcia sexu je predmetom náročnej diskusie medzi evolučnými biológmi.

Sexuálny výber

Sexuálny výber je koncept, ktorý predstavil Charles Darwin a ktorý sa vzťahuje len na populácie so sexuálnou reprodukciou. Používa sa na vysvetlenie prítomnosti správania, štruktúr a iných atribútov, ktorých existenciu nemožno chápať prirodzeným výberom.

Napríklad, perie tak farebné a do určitej miery "prehnané" pávov neprináša priame výhody pre jednotlivca, pretože to robí to viac viditeľné pre možných predátorov. Okrem toho je prítomný len u samcov.

referencie

  1. Colegrave, N. (2012). Evolučný úspech pohlavia: Science & Society Series o sexe a vede. EMBO Reports, 13(9), 774-778.
  2. Crow, J. F. (1994). Výhody sexuálnej reprodukcie. Vývojová genetika, 15(3), 205-213.
  3. Freeman, S., & Herron, J.C. (2002). Evolučná analýza. Prentice Hall.
  4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Pôvod eukaryotickej sexuálnej reprodukcie. Studené jarné Harbor perspektívy v biológii, 6(3), a016154.
  5. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrované zásady zoológie. New York: McGraw-Hill.
  6. Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (Eds.). (2010). Vývoj primárnych sexuálnych znakov u zvierat. Oxford University Press.
  7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Sexuálna reprodukcia zvierat a rastlín. Springer-Verlag GmbH.