Характеристики на сексуалното размножаване, видове, при растения, при животни



на сексуално размножаване е размножаването на индивиди от двама родители с различен пол: мъжки и женски - освен когато се отнася до сексуално размножаване при бактерии или протозои, където няма разлика между половете. Това е широко разпространен процес в еукариотните организми.

Всеки индивид, който участва в сексуалното размножаване, произвежда тип специализирани клетки от зародишни линии: сперматозоиди и яйцеклетки. Те произхождат от специализирана клетъчна деление, наречена мейоза. Това събитие е решаващата разлика между асексуалното и сексуалното размножаване.

Процесът започва с обединението на две гамети, които пораждат зигота. Впоследствие зиготата поражда нов индивид с характеристики на двамата си родители и с някои уникални герои.

Поради повсеместното протичане на процеса ние заключаваме, че сексуалното размножаване предполага редица предимства по отношение на асексуалното. Възможните недостатъци на сексуалното размножаване обаче са по-очевидни: времето и енергията, инвестирани в търсенето на партньори, конкуренцията за жените, разходите за производство на гамети, които не са оплодени, между другото..

Разходите изглеждат много високи, така че те трябва да имат значителни предимства, които да помогнат за компенсиране. Ползите от сексуалното размножаване са предмет на противоречия и дебати сред еволюционните биолози.

Една хипотеза предполага, че сексуалното размножаване е полезно, тъй като произвежда сортове, които във време на екологични промени могат да бъдат рентабилни за вида. Всъщност производството на генетична променливост е едно от предимствата, дължащи се на секса.

От друга страна, някои изследователи предлагат сексуално размножаване, по-специално рекомбинация, като механизъм за възстановяване на ДНК. Въпреки това, разпространението на секса въпреки разходите му все още не е известно..

индекс

  • 1 Общи характеристики
  • 2 игри
  • 3 Сексуално размножаване при животни
    • 3.1 Структури, свързани с възпроизвеждане
    • 3.2 Porifera
    • 3.3 Книдари
    • 3.4 Ацеломорфи и плоски червеи
    • 3.5 Мекотели и анелиди
    • 3.6 Членестоноги
    • 3.7 Ехинодерми
    • 3.8 Cordados
  • 4 Партеногенеза при животни
  • 5 Сексуално размножаване в растенията
    • 5.1 Цветето
    • 5.2 Опрашване
    • 5.3 Торене, семена и плодове
  • 6 Сексуално размножаване при бактерии
    • 6.1 Конюгиране
    • 6.2 Преобразуване
    • 6.3 Трансдукция
  • 7 Еволюционна перспектива
    • 7.1 Разходи за пол
    • 7.2 Ползи от секса
    • 7.3 Сексуален подбор
  • 8 Препратки

Общи характеристики

Сексът е сложно явление, което варира в широки граници между еукариотните таксони. Като цяло можем да го разберем като процес, който включва три стъпки: сливане на два хаплоидни ядра, феномена на рекомбинация, който произвежда нови генотипове и разделянето на диплоидни клетки, за да се образуват хаплоидни ядра..

От тази гледна точка, сексът в еукариотите зависи от жизнения цикъл, в който диплоидните клетки трябва да се разделят на мейоза. Този процес на мейотично разделение отговаря за разпространението на генетичния материал на бъдещите гамети.

Мейоза има за цел да раздели хомоложните хромозоми по такъв начин, че всеки гамет да притежава половината от соматичните хромозоми. В допълнение към намаляването на генетичното натоварване, при мейозата се осъществява и обменът на материал между не-сестрински хроматиди, произвеждащи напълно нови комбинации.

гамета

Гаметите са сексуални клетки на организми, които се генерират от мейоза и съдържат половината от генетичния товар, т.е..

Гаметите варират както в растенията, така и в животните и се класифицират в три основни категории в зависимост от техния размер и относителна мобилност при: изогамия, анисогамия и оогамия..

Изогамията е начин на сексуално размножаване, при който гаметите, които се сливат, за да предизвикат нов индивид, са еднакви по размер, подвижност и структура. Изогамията е представена главно в растенията.

За разлика от това, анисогамията се състои от обединението на две гамети, които се различават по размер и структура. Особен вид анисогамия е оогамията, където мъжките гамети са сравнително малки по размер и изобилстват по брой. Жените са много по-видими и се произвеждат в по-малък брой.

Сексуално размножаване при животни

В животинското царство сексуалното размножаване е феномен, широко разпространен сред членовете на групата.

Почти всички безгръбначни и гръбначни животни притежават полове в отделни организми - тоест, можем да разграничим мъжки и женски индивид от даден вид. Това условие се нарича dioica, термин, който произтича от гръцките корени "две къщи"

За разлика от тях, има някои по-малко многобройни видове, чиито полове се намират в едно и също лице, наречено монаси: "къща". Тези животни са известни също като хермафродити.

Разликата между половете не се дава от морфологичните характеристики на размера или оцветяването, а от вида на гаметите, които всеки пол произвежда..

Женските произвеждат яйцеклетки, характеризиращи се с големи размери и неподвижност. Сперматозоидите, от друга страна, се произвеждат от мъжките в по-голямо количество, са много по-малки и имат специални структури, за да се движат и да могат да оплодит яйцеклетката..

След това ще опишем типичните полови органи на животните и след това ще разгледаме подробно процеса на размножаване във всяка група животни.

Структури, свързани с възпроизвеждане

Специализирани клетки за сексуално размножаване - яйцеклетки и сперматозоиди - се произвеждат в специфични тъкани, наречени гонади.

При мъжете тестисите са отговорни за производството на сперматозоиди, докато женските гамети се образуват в яйчниците.

Гонадите се считат за първични полови органи. Допълнителните полови органи присъстват в голяма група метазои, които са отговорни за получаването и прехвърлянето на яйцеклетките и спермата. При жените намираме вагината, маточните тръби или маточните тръби и матката, докато при мъжките има пенис.

poriferans

Porifera обикновено са известни като гъби и могат да се размножават както сексуално, така и безсмислено. При повечето видове производството на мъжки и женски гамети се наблюдава при отделен индивид.

Хоаноцитите са специфичен тип клетки от този род, които могат да се трансформират в сперматозоиди. В други групи гамети могат да се получат от археитите.

Много видове са живородени, което показва, че миналото на явлението на оплождането се задържа от родителския организъм до появата на ларва. При тези видове сперматозоидите се освобождават във водата и се вземат от друга гъба.

cnidarians

Книдарите са морски организми, които включват медузи и свързани с тях. Тези животни имат две морфологии: първата е полип и се характеризира със седилен начин на живот, а втората е медузата, която може да се движи и плува..

Обикновено полипите се размножават асексуално чрез процеси на пъпкуване или делене. Медузата е диока и се размножава полово. Жизненият цикъл в тази група е много променлив.

Ацеломорфи и плоски червеи

Flatworms, като planarians, са известни най-вече с тяхната способност да регенерират и произвеждат множество клонове от един човек чрез асексуални.

По-голямата част от тези животински видове са еднодомни. Въпреки това, те търсят партньор, който да извършва взаимно обогатяване.

Мъжката репродуктивна система включва няколко тестиса и структура подобна на папила, подобна на пениса на сложни гръбначни животни.

Мекотели и анелиди

По-голямата част от мекотелите са диокси и тяхното размножаване поражда ларва, способна да плува свободно, наречена trocófera (много подобна на ларвата, присъстваща в анелидите) и варира в зависимост от вида на мекотелите..

По същия начин, анелидите имат различни полове и в някои от тях се появяват временно заченели гонади.

членестоноги

Членестоногите са изключително разнообразна група животни, характеризираща се с екзоскелет, съставен от хитин и съчленени придатъци. Тази линия включва miriápodos, quelicerados, ракообразни и хексаподи.

Обикновено половете се разделят, органите, специализирани в размножаването, се появяват по двойки. Повечето видове имат вътрешно торене. Те могат да бъдат яйценосни, овакоподобни или живородени.

бодлокожи

Ехинодермите включват морски звезди, морски краставици, морски таралежи и съюзници. Въпреки че има някои хермафродитни видове, повечето се характеризират с отделни полове. Гонадите са големи структури, каналите са прости и няма сложни копулаторни органи.

Оплождането се осъществява външно и се развива двустранна ларва, която може да се движи свободно в тялото на водата. Някои видове имат директно развитие.

chordates

Повечето от половете са разделени. В тази група откриваме по-сложни органи за възпроизвеждане. Всеки пол има гонади с канали, които насочват продуктите от тях към канализацията или към специален отвор, разположен близо до ануса. В зависимост от групата торенето може да бъде външно или вътрешно.

Партеногенеза при животни

Партеногенезата е феномен, широко представен в животинското царство, главно при безгръбначни и при някои гръбначни животни, което позволява генерирането на нов индивид с един родител. Въпреки че това е форма на асексуално размножаване, някои видове партеногенеза се считат за видове сексуално размножаване.

При мейотичния партеногенеза яйцеклетката се образува от мейоза и може да бъде оплодена от сперма от мъжки пол.

В някои случаи яйцеклетките трябва да се активират от мъжката гамета. В този случай няма сливане на двете ядра, тъй като генетичният материал от спермата се изхвърля.

Обаче при някои видове яйцеклетката може да се развива спонтанно, без да е необходим процес на активиране.

Сексуално размножаване в растенията

Аналогично на животните, растенията могат да преживеят сексуално размножаване. Състои се от обединението на два хаплоидни гамети, които ще дадат началото на нов индивид с уникални генетични характеристики.

Растението може да притежава мъжки и женски органи в отделни индивиди или те могат да бъдат разделени. В краставиците и в млечния пол се разделят, докато в розите и петуниите половете са заедно.

Цветето

Органът, отговорен за процесите на сексуално размножаване, са цветята. Тези специализирани структури имат региони, които не участват пряко в размножаването: чашката и венчето, и сексуално активните структури: андроцеото и гиноециума.

Androceo е мъжкият репродуктивен орган, съставен от тичинка, която от своя страна е разделена на нишка и прашник. Този последен регион е отговорен за производството на поленови зърна.

Гюнециумът е женски флорален орган и се състои от единици, наречени плодолисти. Структурата е подобна на продълговата "капка" и е разделена на стигма, стил и накрая яйчник.

опрашване

Процесът на сексуално размножаване в растенията се осъществява главно чрез опрашване, което включва транспортиране на поленови зърна от прашника до стигмата..

Опрашването може да се случи в едно и също цвете (поленовите зърна отиват до женския орган на същото растение) или могат да бъдат кръстосани, когато поленовите зърна оплождат различен индивид.

В повечето растения е необходимо намесата на животно за извършване на опрашване. Те могат да бъдат безгръбначни, като пчели или други насекоми или гръбначни животни, като птици и прилепи. Растението предлага като награда на опрашителя нектара и те са отговорни за разпръскването на полена.

Цветовите структури, които не участват пряко в размножаването, са венчето и чашката. Те представляват модифицирани листа, в много случаи на поразителни и живи цветове, които са отговорни за привличане визуално или химически към потенциалния опрашител.

По същия начин някои растения не изискват опрашители на животни и използват вятър или вода за разпръскване на полени.

Оплождане, семена и плодове

Процесът започва с пристигането на поленови зърна до стигмата на цветето. Те пътуват така, докато намерят яйчника.

Двойното торене е типично за цъфтящи растения и уникално сред всички организми. Явлението се случва по следния начин: ядрото на сперматозоида е прикрепено към яйцеклетката и друго ядро ​​на сперматозоида е слято с диплоиден ембрион на спорофита.

Резултатът от това необичайно оплождане е триоплоиден ендосперм, който ще действа като хранителна тъкан за развитието на организма. След успешното съзряване на яйцеклетките се трансформират в семена. Плодовете, от друга страна, се образуват от зрелите яйчници.

Плодовете могат да се класифицират като прости, ако идват от зрял яйчник и се добавят, ако се развиват от няколко яйчника, като например ягода, например.

Сексуално размножаване при бактерии

Бактериите са известни предимно с тяхната способност да се размножават безсмислено.

В тази прокариотна линия индивидът е способен да се раздели на две чрез процес, наречен бинарно делене. Въпреки това, съществуват редица механизми в бактериите, които напомнят за сексуално размножаване, тъй като има обмен на генетичен материал.

До средата на 40-те години се смяташе, че бактериите се размножават изключително чрез асексуалния път. Въпреки това, изследователите Джошуа Ледерберг и Едуард Татум отричат ​​тази вяра чрез гениален експеримент, използвайки бактерията като модел. Е. coli с различни хранителни изисквания.

Експериментът се състои от щам А, който расте в минимална среда с метионин и биотин, и В щам, който расте само в среда с треонин, левцин и тиамин. С други думи, всеки щам има мутация, която не позволява да се синтезират тези съединения, поради което те трябва да бъдат синтезирани в културалната среда..

Когато колониите се свързват помежду си в продължение на няколко часа, индивидите придобиват способността да синтезират хранителните вещества, които преди не са могли. Така Ледерберг и Татум показаха, че има процес на обмен на ДНК, подобен на сексуалното размножаване, и го нарекоха конюгация.

спрежение

Процесът на конюгация се осъществява чрез структура, подобна на мост, наречен сексуален пили, който физически свързва две бактерии и ви позволява да обменяте ДНК.

Тъй като бактериите нямат сексуален диморфизъм, не можем да говорим за мъже и жени. Но само един тип може да произведе пили и те имат специални фрагменти от ДНК, наречени фактор F, за "плодовитост". Фактор F има гените за производството на пили.

ДНК, която участва в обмена, не е част от единствената бактериална хромозома. Вместо това тя е изолирана кръгова част, наречена плазмид, който има своя собствена репликационна система.

трансформация

В допълнение към конюгирането има и други процеси, при които бактериите могат да получат допълнителна ДНК и се характеризират с това, че са по-прости от конюгацията. Една от тях е трансформацията, която се състои в вземане на гола ДНК от външната среда. Този екзогенен ДНК фрагмент може да бъде интегриран в бактериалната хромозома.

Механизмът на трансформация влиза в понятието за сексуално размножаване. Въпреки че бактериите са взели свободна ДНК, този генетичен материал трябваше да дойде от друг организъм - например бактерия, която е умряла и е освободила своята ДНК в околната среда..

трансдукция

Третият и последен механизъм, известен в бактериите за получаване на външна ДНК, е трансдукция. Това включва участие на вирус, който заразява бактерии: бактериофаги.

При трансдукцията вирусът взема част от бактериалната ДНК и когато се случи да инфектира различна бактерия, той може да му предаде този фрагмент. Някои автори използват термина "сексуални събития", за да се позоват на тези три механизма.

Еволюционна перспектива

Повсеместното сексуално размножаване в организмите е важен факт. Ето защо, един от най-големите въпроси в еволюционната биология е защо сексът се разпространява в толкова много линии, ако е енергийно скъпа дейност - и в някои случаи дори опасна..

Предполага се, че селективните сили, възникнали при половото размножаване в еукариотите, са същите, че поддържат описаните за бактериите парасексуални процеси..

Секс разходи

В светлината на еволюцията, терминът "успех" се отнася до способността на индивида да предаде гените си на следващото поколение. Парадоксално е, че полът е процес, който не отговаря напълно на това определение, тъй като серия от разходи, свързани с възпроизвеждането.

Сексуалното възпроизвеждане включва намиране на партньор и в повечето случаи тази задача не е тривиална. Трябва да инвестирате огромно количество време и енергия в тази работа, която ще определи успеха на потомството - по отношение на намирането на "идеалния партньор".

Животните показват поредица от ритуали, за да ухажват потенциалните си партньори и в някои случаи трябва да се борят с излагането на собствения си живот, за да съжителстват.

Дори и на клетъчно ниво, полът е скъп, тъй като разделянето с мейоза отнема много повече от митозата. Защо повечето еукариоти се размножават сексуално?

Има две основни теории. Едната е свързана с клетъчното сливане като механизъм за хоризонтално предаване на "егоистичен" генетичен елемент, докато втората теория предлага рекомбинация като механизъм на репарация на ДНК. След това ще опишем предимствата и недостатъците на всяка теория:

Ползи от секс

За да отговорим на този въпрос, трябва да се съсредоточим върху възможните ползи от половото размножаване при първите еукариоти.

Сливането на гаметите, за да се образува зигота, води до комбинация от два различни генома, които са в състояние да компенсират възможните дефектни гени на един геном с нормално копие на другия.

Например, при хората наследяваме копие от всеки родител. Ако наследим дефектен ген от нашата майка, нормалният ген на баща ни може да компенсира (в такъв случай патологията или болестта се появява само като хомозиготен рецесивен).

Втората теория - не толкова интуитивна, колкото първата - предполага, че мейозата действа като възстановителен механизъм в ДНК. Увреждането на генетичния материал е проблем, с който трябва да се сблъскат всички организми. Обаче има организми, които се размножават асексуално и тяхната ДНК не е особено увредена.

Друга хипотеза гласи, че сексът може да е еволюирал като паразитна адаптация сред егоистичните генетични елементи, за да бъде разпределен към други генетични линии. Подобен механизъм е доказан в Е. coli.

Въпреки че са възможни обяснения, еволюцията на пола е предмет на труден дебат сред еволюционните биолози.

Сексуалният подбор

Сексуалният подбор е концепция, въведена от Чарлз Дарвин, която е приложима само за популации със сексуално размножаване. Той се използва, за да обясни наличието на поведения, структури и други атрибути, чието съществуване не може да се схване чрез естествен подбор.

Например, оперението толкова колоритно и до известна степен "преувеличено" от пауните не носи директни ползи за индивида, тъй като го прави по-видим за възможните хищници. Освен това, тя е налична само при мъжете.

препратки

  1. Colegrave, N. (2012). Еволюционният успех на секса: Науката и обществото серия за секса и науката. EMBO Доклади, 13(9), 774-778.
  2. Crow, J.F. (1994). Предимства на половото размножаване. Генетика на развитието, 15(3), 205-213.
  3. Freeman, S., & Herron, J.C. (2002). Еволюционен анализ. Prentice Hall.
  4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Произход на еукариотната сексуална репродукция. Студената пролетна пристанищна перспектива в биологията, 6(3), a016154.
  5. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Интегрирани принципи на зоологията. Ню Йорк: Макгроу-Хил.
  6. Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (ред.). (2010). Еволюцията на първичните сексуални герои в животните. Oxford University Press.
  7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Сексуално размножаване при животни и растения. Springer-Verlag GmbH.