Charakteristiky pohlavní reprodukce, typy, u rostlin, u zvířat



sexuální reprodukce je množení jedinců ze dvou rodičů různých pohlaví: mužů a žen - s výjimkou případů, kdy se jedná o sexuální reprodukci v bakteriích nebo prvocích, kde není rozlišování pohlaví. Jedná se o široce distribuovaný proces v eukaryotických organismech.

Každý jedinec, který se podílí na pohlavním rozmnožování, produkuje typ specializovaných buněk zárodečných linií: spermií a vajíček. Ty vznikají typem specializovaného buněčného dělení, nazývaného meióza. Tato událost je rozhodujícím rozdílem mezi asexuální a sexuální reprodukcí.

Proces začíná spojením dvou gamet, které vedou ke vzniku zygoty. Následně, zygote dá vzniknout novému jedinci s charakteristikami obou jejich rodičů as jistými jedinečnými charaktery.

Vzhledem k všudypřítomnosti procesu vyvodíme, že sexuální reprodukce předpokládá řadu výhod s ohledem na asexuál. Možné nevýhody sexuálního rozmnožování jsou však zjevnější: čas a energie investované do hledání partnerů, konkurence pro ženy, náklady na produkci gamet, které nejsou oplodněny, mimo jiné..

Náklady se zdají být velmi vysoké, takže musí mít značné výhody, které pomáhají kompenzovat. Výhody sexuální reprodukce byly předmětem kontroverze a debaty mezi evolučními biology.

Jedna hypotéza naznačuje, že sexuální rozmnožování je prospěšné, protože produkuje odrůdy, které by v době změn životního prostředí mohly být pro tento druh ziskové. Produkce genetické variability je ve skutečnosti jednou z výhod přisuzovaných sexu.

Na druhé straně někteří výzkumníci navrhují, aby byla jako mechanismus pro opravu DNA vybrána pohlavní reprodukce, konkrétně rekombinace. Nicméně, převaha sexu přes jeho náklady je ještě neznámá..

Index

  • 1 Obecné charakteristiky
  • 2 Gamety
  • 3 Sexuální reprodukce u zvířat
    • 3.1 Struktury spojené s reprodukcí
    • 3.2 Porifera
    • 3.3 Cnidarians
    • 3.4 Acelomorfy a ploštěnci
    • 3.5 Měkkýše a annelidy
    • 3.6 členovci
    • 3.7 Echinodermové
    • 3.8 Cordados
  • 4 Parthenogeneze u zvířat
  • 5 Sexuální reprodukce v rostlinách
    • 5.1 Květina
    • 5.2 Opylování
    • 5.3 Hnojení, semena a ovoce
  • 6 Sexuální reprodukce u bakterií
    • 6.1 Konjugace
    • 6.2 Transformace
    • 6.3 Transdukce
  • 7 Evoluční perspektiva
    • 7.1 Sexuální náklady
    • 7.2 Výhody sexu
    • 7.3 Sexuální výběr
  • 8 Odkazy

Obecné vlastnosti

Sex je komplexní fenomén, který se mezi eukaryotickými taxony velmi liší. Obecně to můžeme chápat jako proces, který zahrnuje tři kroky: fúzi dvou haploidních jader, fenomén rekombinace, který produkuje nové genotypy a dělení diploidních buněk na haploidní jádra.

Z tohoto hlediska závisí sex v eukaryotách na životním cyklu, ve kterém musí být diploidní buňky rozděleny meiózou. Tento proces meiotického dělení je zodpovědný za distribuci genetického materiálu budoucích gamet.

Meióza má za cíl oddělit homologní chromosomy tak, aby každý gamet měl polovinu somatických chromozomů. Kromě snížení genetické zátěže dochází v meióze také k výměně materiálu mezi nesesterskými chromatidy, které produkují zcela nové kombinace.

Gamety

Gamety jsou pohlavní buňky organismů, které jsou generovány meiózou a obsahují polovinu genetické zátěže, to znamená, že jsou haploidní.

Gamety se liší jak v rostlinách, tak v zvířatech, a jsou rozděleny do tří základních kategorií v závislosti na jejich velikosti a relativní mobilitě v: isogamii, anisogamii a oogamii.

Isogamie je způsob sexuálního rozmnožování, kde gamety, které se spojují, aby vytvořily nového jedince, jsou identické co do velikosti, mobility a struktury. Isogamy jsou zastoupeny především v rostlinách.

V kontrastu, anisogamy sestává ze spojení dvou gametes, které se liší ve velikosti a struktuře. Zvláštní druh anisogamy je oogamy, kde mužské gametes jsou relativně malé ve velikosti a hojném počtu. Ty ženské jsou mnohem nápadnější a jsou vyráběny v menším počtu.

Sexuální reprodukce u zvířat

V živočišné říši je sexuální rozmnožování jevem široce rozšířeným ve členech skupiny.

Téměř všichni bezobratlí a obratlovci mají pohlaví v oddělených organismech - to znamená, že můžeme odlišit muže a ženu v druhu. Tento stav se nazývá dioika, což je pojem, který pochází z řeckých kořenů „dva domy“.

V kontrastu, tam jsou jisté méně četné druhy jehož pohlaví jsou přítomná ve stejném jednotlivci volal monoes: “dům”. Tato zvířata jsou také známa jako hermafroditi.

Rozdíl mezi pohlavími není dán morfologickými charakteristikami velikosti nebo zbarvení, ale podle typu gamet, které každé pohlaví produkuje..

Samice produkují vajíčka, charakterizované velkou velikostí a nehybností. Spermie, na druhé straně, jsou produkovány samci ve větším množství, jsou mnohem menší a mají speciální struktury pro pohyb a jsou schopny oplodnit vajíčko.

Dále popíšeme typické pohlavní orgány zvířat a poté podrobně popíšeme proces reprodukce v každé skupině zvířat.

Struktury spojené s reprodukcí

Specializované buňky pro sexuální reprodukci - vajíčka a spermie - jsou produkovány ve specifických tkáních nazývaných gonády.

U samců jsou varlata zodpovědná za produkci spermií, zatímco samičky gamet se tvoří ve vaječnících.

Gonády jsou považovány za primární pohlavní orgány. Doplňkové pohlavní orgány jsou přítomny ve velké skupině metazoanů, které jsou zodpovědné za příjem a přenos vajíček a spermií. U žen najdeme pochvu, děložní trubice nebo vejcovody a dělohu, zatímco u samců je penis.

Porifera

Porifera jsou běžně známé jako houby a mohou se rozmnožovat jak pohlavně, tak asexuálně. U většiny druhů se produkce samčích a samičích gamet vyskytuje u jediného jedince.

Choanocyty jsou specifickým typem buněk této linie, které mohou být transformovány do spermií. V jiných skupinách gametes mohou být odvozeny z archeaeites.

Mnoho druhů je viviparous, který ukáže, že za fenoménem hnojení zygote je zadržen mateřským organismem dokud ne vydání larvy nastane. U těchto druhů se sperma vypouští do vody a odebírá se jinou houbou.

Cnidarians

Cnidarians jsou mořské organismy, které zahrnují medúzu a příbuzné. Tato zvířata mají dvě morfologie: první je polyp a je charakterizována životním prostředím, zatímco druhá forma je medúza, která je schopna se pohybovat a plavat..

Obecně se polypy reprodukují asexuálně štěpením nebo štěpením. Medúza je dioika a pohlavně se reprodukuje. Životní cyklus v této skupině je velmi variabilní.

Acelomorfy a ploštěnci

Flatworms, takový jako planarians, být známý primárně pro jejich schopnost regenerovat a produkovat rozmanité klony od jediného jednotlivce přes asexual \ t.

Většina těchto vermiform zvířat je monoekvní. Nicméně hledají partnera, který by provedl křížové oplodnění.

Mužský reprodukční systém zahrnuje několik varlat a strukturu podobnou papile podobnou penisům komplexních obratlovců.

Měkkýše a annelidy

Většina měkkýšů je dioická a jejich reprodukce dává vznik larvě schopné volně plavat zvané trocófera (velmi podobná larvě přítomné v annelidách) a liší se podle druhu měkkýšů..

Podobně, annelids mají oddělené pohlaví a v některých mají gonády, které se objeví dočasně.

Členovci

Členovci jsou extrémně různorodá zvířecí skupina, charakterizovaná exoskeletonem složeným z chitinu a kloubních přívěsků. Tato linie zahrnuje miriápodos, quelicerados, korýši a hexapody.

Obecně jsou pohlaví oddělena, orgány specializované na reprodukci se objevují ve dvojicích. Většina druhů má vnitřní hnojení. Mohou být oviparous, ovoviviparous nebo viviparous.

Echinoderms

Echinoderms zahrnují hvězdice, mořské okurky, mořské ježky a spojence. Ačkoli tam jsou některé hermaphroditic druhy, nejvíce být charakterizován tím, že má oddělené pohlaví. Gonády jsou velké struktury, kanály jsou jednoduché a neexistují žádné komplikované kopulační orgány.

K oplodnění dochází externě a vyvíjí se bilaterální larva, která se může volně pohybovat ve vodě. Některé druhy mají přímý vývoj.

Cordados

Většina pohlaví je oddělena. V této skupině najdeme složitější orgány pro reprodukci. Každé pohlaví má gonády s kanály, které směřují produkty z nich do kanalizace nebo do speciálního otvoru umístěného v blízkosti řiti. V závislosti na skupině může být hnojení vnější nebo vnitřní.

Parthenogeneze u zvířat

Parthenogeneze je fenomén široce zastoupený v živočišné říši, zejména u bezobratlých a v některých obratlovcích, což umožňuje generování nového jedince s jedním rodičem. Ačkoli je to forma asexuální reprodukce, některé typy parthenogeneze jsou považovány za typy sexuální reprodukce.

V meiotické parthenogenezi je ovule tvořena meiózou a může nebo nemusí být oplodněna spermií samce..

V některých případech musí být vajíčka aktivována mužským gametem. V tomto případě nedochází k fúzi obou jader, protože genetický materiál ze spermií je vyřazen.

U některých druhů se však vajíčka mohou vyvíjet spontánně bez nutnosti aktivačního procesu.

Sexuální reprodukce v rostlinách

Obdobně jako u zvířat mohou rostliny zažívat sexuální reprodukci. Skládá se ze spojení dvou haploidních gamet, které umožní vznik nového jedince s jedinečnými genetickými vlastnostmi.

Rostlina může mít samčí a ženské orgány u jediného jedince nebo může být oddělena. V okurce a v mléčně jsou pohlaví oddělena, zatímco v růžích a petuniích jsou pohlaví spolu.

Květina

Orgány zodpovědné za procesy pohlavního rozmnožování jsou květiny. Tyto specializované struktury mají regiony, které se přímo neúčastní reprodukce: kalich a koruna a sexuálně aktivní struktury: androceo a gynoecium.

Androceo je mužský reprodukční orgán složený z tyčinky, která je zase rozdělena na vlákno a prašník. Tento poslední region je zodpovědný za výrobu pylových zrn.

Gynoecium je ženský květinový orgán a je složen z jednotek zvaných carpels. Struktura je podobná prodloužené "kapce" a je rozdělena na stigma, styl a nakonec vaječník.

Opylení

Proces pohlavního rozmnožování v rostlinách probíhá hlavně opylováním, které zahrnuje transport pylových zrn z prašníku do stigmatu..

Opylení může nastat ve stejném květu (zrna pylu jdou do ženského orgánu stejné rostliny) nebo moci být křížen, kde pylová zrna oplodní různého jednotlivce \ t.

Ve většině rostlin je nutné provést opylování zvířete. Mohou to být bezobratlí, jako jsou včely nebo jiný hmyz nebo obratlovci, jako jsou ptáci a netopýři. Rostlina nabízí jako odměnu opylovači nektar a ty jsou zodpovědné za rozptylování pylu.

Květinové struktury, které se přímo neúčastní reprodukce, jsou koruna a kalich. Jedná se o modifikované listy v mnoha případech nápadných a zářivých barev, které jsou zodpovědné za vizuální nebo chemickou přitažlivost potenciálního opylovače..

Podobně, některé rostliny nevyžadují opylovače zvířat a používají vítr nebo vodu pro rozptyl pylu.

Hnojení, semena a ovoce

Proces začíná příchodem pylových zrn do stigmatu květu. Tyto cesty takhle, dokud nenajdou vaječník.

Dvojité hnojení je typické pro kvetoucí rostliny a jedinečné mezi všemi organismy. K tomuto jevu dochází následovně: jádro spermií je připojeno k vajíčku a další jádro spermií je fúzováno s diploidním embryem sporofytů.

Výsledkem této neobvyklé fekundace je trioploidní endosperm, který bude působit jako nutriční tkáň pro vývoj organismu. Jakmile dojde k úspěšnému zrání vajíček, transformují se na semena. Ovoce je naopak tvořeno zralými vaječníky.

Ovoce může být klasifikováno jako jednoduché, pokud pochází ze zralého vaječníku a přidává se, pokud se vyvíjí z několika vaječníků, například jahody.

Sexuální reprodukce v bakteriích

Bakterie jsou známy především svou schopností asexuálně se rozmnožovat.

V této prokaryotické linii je jednotlivec schopen rozdělit se ve dvou procesem zvaným binární štěpení. Existuje však mnoho mechanismů u bakterií, které připomínají sexuální reprodukci, protože dochází k výměně genetického materiálu.

Do poloviny 40. let se předpokládalo, že bakterie se reprodukují výhradně asexuální cestou. Nicméně, výzkumníci Joshua Lederberg a Edward Tatum popírají, že víra prostřednictvím geniální experiment pomocí bakterie jako model E. coli s různými požadavky na potraviny.

Experiment byl tvořen kmenem A rostoucím v minimálním médiu s methioninem a biotinem a kmenem B, který rostl pouze v prostředích s threoninem, leucinem a thiaminem. Jinými slovy, každý kmen měl mutaci, která mu zabránila syntetizovat tyto sloučeniny, a proto musely být syntetizovány v kultivačním médiu..

Když se kolonie několik hodin kontaktovaly, jednotlivci získali schopnost syntetizovat živiny, které dříve nemohli. Lederberg a Tatum tak demonstrovali, že existuje proces výměny DNA podobný sexuální reprodukci a nazývali ho konjugací.

Konjugace

K procesu konjugace dochází prostřednictvím struktury podobné mostu, tzv. Sexuálnímu pili, který fyzicky spojuje dvě bakterie a umožňuje výměnu DNA..

Vzhledem k tomu, že bakterie nemají pohlavní dimorfismus, nemůžeme mluvit o mužích a samicích. Nicméně, jen jeden typ může produkovat pili, a oni mají zvláštní fragmenty DNA volal faktor F, pro “plodnost”. Faktor F má geny pro produkci pili.

DNA, která se účastní výměny, není součástí jediného bakteriálního chromozomu. Místo toho je to izolovaná kruhová část nazývaná plazmid, který má svůj vlastní replikační systém.

Transformace

Kromě konjugace existují další procesy, kde bakterie mohou získat další DNA a jsou charakterizovány tím, že jsou jednodušší než konjugace. Jedním z nich je transformace, která spočívá v odebrání nahé DNA z vnějšího prostředí. Tento exogenní DNA fragment může být integrován do bakteriálního chromozomu.

Mechanismus transformace vstupuje do konceptu sexuální reprodukce. I když bakterie odebraly volnou DNA, tento genetický materiál musel pocházet z jiného organismu - například bakterie, která zemřela a uvolnila svou DNA do prostředí..

Transdukce

Třetí a poslední mechanismus známý v bakteriích pro získání externí DNA je transdukce. To zahrnuje účast viru, který infikuje bakterie: bakteriofágy.

V transdukci vezme virus část bakteriální DNA a když se stane, že infikuje rozdílnou bakterii, může mu tento fragment předat. Někteří autoři používají termín "sexuální události" k označení těchto tří mechanismů.

Evoluční perspektiva

Všudypřítomnost sexuální reprodukce v organismech je prominentní skutečnost. Jedna z největších otázek v evoluční biologii je proto důvod, proč se sex šíří v tolika řadách řádků, pokud se jedná o energeticky náročnou činnost - av některých případech dokonce nebezpečnou..

Předpokládá se, že selektivní síly, které vznikly pohlavním rozmnožováním v eukaryotech, jsou stejné, že zachovávají parasexuální procesy popsané pro bakterie..

Sexuální náklady

Ve světle evoluce se termín "úspěch" vztahuje na schopnost jedince předávat své geny další generaci. Paradoxně, sex je proces, který tuto definici plně nesplňuje, protože řada nákladů spojených s reprodukcí.

Sexuální reprodukce zahrnuje nalezení partnera a ve většině případů není tento úkol triviální. Do této práce musíte investovat obrovské množství času a energie, která bude určovat úspěch potomků - pokud jde o nalezení „ideálního partnera“..

Zvířata vystavují sérii svých rituálů, aby své potenciální partnery probudila, a v některých případech musí bojovat s odhalením vlastního života, aby mohli kopírovat..

Dokonce i na buněčné úrovni je sex drahý, protože rozdělení meiózou trvá mnohem déle než mitóza. Tak proč se většina eukaryot pohlavně reprodukuje?

Existují dvě základní teorie. Jeden je příbuzný buněčné fúzi jako mechanismus pro horizontální přenos “sobeckého” genetického elementu zatímco druhá teorie navrhuje rekombinaci jako mechanismus opravy DNA. Dále popíšeme klady a zápory každé teorie:

Výhody sexu

Abychom mohli odpovědět na tuto otázku, musíme se zaměřit na možné přínosy sexuální reprodukce v prvních eukaryotech.

Fúze gamet tvořících zygotu vede ke kombinaci dvou různých genomů, které jsou schopny kompenzovat možné defektní geny jednoho genomu normální kopií ostatních genomů..

Například u lidí zdědíme kopii každého rodiče. Pokud zdědíme vadný gen od naší matky, normální gen našeho otce může kompenzovat (v takovém případě, že patologie nebo choroba se jeví jako homozygotní recesivní).

Druhá teorie - ne tak intuitivní jako ta první - navrhuje, aby meióza fungovala jako opravný mechanismus v DNA. Poškození genetického materiálu je problém, kterému musí čelit všechny organismy. Existují však organismy, které se reprodukují asexuálně a jejich DNA není zvláště poškozena.

Jiná hypotéza říká, že sex mohl se vyvinout jako parazitická adaptace mezi sobecké genetické elementy, aby byl distribuován k jiným genetickým řadám. Podobný mechanismus byl doložen v E. coli.

Ačkoli tam jsou možná vysvětlení, vývoj sexu je předmět náročných debat mezi evolučními biology.

Sexuální výběr

Sexuální výběr je koncept, který představil Charles Darwin a který je použitelný pouze pro populace se sexuální reprodukcí. Používá se k vysvětlení přítomnosti chování, struktur a dalších atributů, jejichž existence nemůže být koncipována přirozeným výběrem.

Například, peří tak barevné a do jisté míry "přehnané" pávů nepřináší přímé výhody pro jednotlivce, protože to dělá to více zviditelnit možné predátory. Kromě toho je přítomen pouze u mužů.

Odkazy

  1. Colegrave, N. (2012). Evoluční úspěch sexu: Série vědy a společnosti o sexu a vědě. EMBO zprávy, 13(9), 774-778.
  2. Crow, J. F. (1994). Výhody sexuální reprodukce. Vývojová genetika, 15(3), 205-213.
  3. Freeman, S., & Herron, J. C. (2002). Evoluční analýza. Prentice Hall.
  4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Původy eukaryotické sexuální reprodukce. Studené jarní přístav perspektivy v biologii, 6(3), a016154.
  5. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrované zásady zoologie. New York: McGraw-Hill.
  6. Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (Eds.). (2010). Vývoj primárních sexuálních znaků u zvířat. Oxford University Press.
  7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Sexuální reprodukce zvířat a rostlin. Springer-Verlag GmbH.