Loomade seksuaalne reproduktiivsus, liigid, taimed



The seksuaalset paljunemist on üksikisikute paljunemine kahest erineva soo vanemast: mees ja naine - välja arvatud juhul, kui viidatakse seksuaalsele paljunemisele bakterites või algloomades, kus soole ei eristata. See on laialt levinud protsess eukarüootsetes organismides.

Iga isik, kes osaleb seksuaalses reproduktsioonis, toodab teatud liiki sugurakkude spetsialiseeritud rakke: sperma ja ovulid. Need pärinevad teatud tüüpi rakkude jagunemisest, mida nimetatakse meioosiks. See sündmus on oluline erinevus ebatavalise ja seksuaalse paljunemise vahel.

Protsess algab kahe sugurakkude liitumisega, mis tekitavad zygoti. Seejärel tekitab zygoot uue indiviidi, millel on mõlema vanema omadused ja teatud unikaalsed tähemärgid.

Protsessi igakülgsuse tõttu järeldame, et seksuaalne reprodutseerimine eeldab mitmeid eeliseid aseksuaalsete inimeste suhtes. Samas on seksuaalse paljunemise võimalikud puudused ilmsemad: partnerite otsimisse investeeritud aeg ja energia, konkurents naistele, sugurakkude tootmise kulud, mis ei ole viljastatud..

Kulud tunduvad olevat väga kõrged, seega peavad neil olema olulised eelised, mis aitavad kompenseerida. Seksuaalse reprodutseerimise eelised on olnud vastuolulised ja arutelud evolutsiooniliste bioloogide seas.

Üks hüpotees näitab, et seksuaalne reprodutseerimine on kasulik, sest see toodab sordid, mis keskkonna muutuste ajal võivad liigi jaoks kasumlikud olla. Tegelikult on geneetilise varieeruvuse teke üks soost tulenevaid eeliseid.

Teisest küljest teevad mõned teadlased ettepaneku, et DNA parandamise mehhanismiks on valitud seksuaalne paljunemine, eriti rekombinatsioon. Samas pole sugu hoolimata oma kuludest ikka veel teada..

Indeks

  • 1 Üldised omadused
  • 2 Gametos
  • 3 Seksuaalne reproduktsioon loomadel
    • 3.1 Reproduktsiooniga seotud struktuurid
    • 3.2 Porifera
    • 3.3
    • 3.4 Acelomorfid ja lumelindid
    • 3.5 Molluskid ja annelidid
    • 3.6 Lülijalgsed
    • 3.7 Echinoderms
    • 3.8 Cordados
  • 4 Partenogenees loomadel
  • 5 Seksuaalne paljunemine taimedes
    • 5.1 Lill
    • 5.2 Saastumine
    • 5.3 Väetamine, seemned ja viljad
  • 6 Seksuaalne paljunemine bakterites
    • 6.1 Konjugatsioon
    • 6.2 Ümberkujundamine
    • 6.3 Transduktsioon
  • 7 Evolutsiooniline perspektiiv
    • 7.1 Seksikulud
    • 7.2 Sugu eelised
    • 7.3 Seksuaalne valik
  • 8 Viited

Üldised omadused

Seks on keeruline nähtus, mis varieerub eukarüootsete taksonite hulgas väga erinevalt. Üldiselt võime seda mõista kui protsessi, mis hõlmab kolme etappi: kahe haploidse tuuma liitmist, rekombinatsiooni fenomeni, mis genereerib uudseid genotüüpe ja diploidsete rakkude jagunemist haploidsete tuumade moodustamiseks.

Sellest vaatenurgast sõltub eukarüootide sugu elutsüklist, kus diploidsed rakud tuleb jagada meioosiga. See meiootilise jagunemise protsess vastutab tulevaste sugurakkude geneetilise materjali levitamise eest.

Meiosis püüab homoloogseid kromosoome eraldada nii, et igal gametil on pool somaatilistest kromosoomidest. Lisaks geneetilise koormuse vähendamisele esineb ka mioosis materjali vahetamine õde-kromatiidide vahel, mis tekitavad täiesti uudseid kombinatsioone.

Gametos

Gametid on meioosi tekitatud organismide suguelundid, mis sisaldavad poole geneetilisest koormusest, st nad on haploidsed.

Gametid varieeruvad nii taimedes kui ka loomades ning liigitatakse kolme põhikategooriasse sõltuvalt nende suurusest ja suhtelisest liikuvusest: isogamia, anisogamia ja oogamy.

Isogamy on seksuaalse paljunemise viis, kus sugurakud, mis ühinevad uue indiviidi tekkeks, on oma suuruse, liikuvuse ja struktuuri poolest identsed. Isogamy on esindatud peamiselt taimedes.

Seevastu koosneb anisogamia kahest sugurakust, mis on suuruse ja struktuuri poolest erinevad. Konkreetset tüüpi anisogamia on oogamy, kus isasloomad on suhteliselt väikesed ja arvukad. Naised on palju silmapaistvamad ja neid toodetakse väiksematena.

Seksuaalne reproduktsioon loomadel

Loomariigis on seksuaalne reprodutseerimine rühma liikmetes laialt levinud nähtus.

Peaaegu kõigil selgrootutel ja selgroogsetel on sugu erinevates organismides - see tähendab, et me saame eristada isas- ja naissoost üksikisiku. Seda tingimust nimetatakse dioica-le, mis on kreeka juurtest "kaks maja".

Seevastu on mõned vähem arvukad liigid, mille sugud esinevad samas üksikisikus, mida nimetatakse monodeks: "maja". Neid loomi tuntakse ka hermafrodiitidena.

Soolise eristamise ei anna suuruse või värvuse morfoloogilised omadused, vaid iga sugu toodetud sugurakkude tüüp.

Naised toodavad munarakke, mida iseloomustab suur suurus ja liikumatus. Seevastu sperma toodavad isased suuremas koguses, on palju väiksemad ja neil on liikumiseks spetsiaalsed struktuurid ning nad on võimelised ovuleerima.

Järgnevalt kirjeldame loomade tüüpilisi suguelundeid ja seejärel kirjeldame iga loomarühma paljunemisprotsessi.

Reproduktsiooniga seotud struktuurid

Spetsiaalsed seksuaalseks paljunemiseks mõeldud rakud - munarakud ja sperma - toodetakse spetsiifilistes kudedes, mida nimetatakse gonadiks.

Meestel on munandid sperma tootmise eest vastutavad, samas kui munasarjades moodustuvad emasloomad.

Sugunäärmeid peetakse esmaseks suguelundiks. Seksuaalsed elundid esinevad suurel hulgal metaaslastel, kes vastutavad munarakkude ja sperma vastuvõtmise ja ülekandmise eest. Naistel leiame tupe, emaka- või munajuhad ja emaka, samas kui meestel on peenis.

Porifera

Poriferat nimetatakse tavaliselt käsnadeks ja nad võivad paljuneda nii seksuaalselt kui ka aseksuaalselt. Enamikus liikides esineb isas- ja emasloomade tootmist üksikisikul.

Choanotsüüdid on selle liini teatud tüüpi rakud, mida saab transformeerida sperma. Teistes rühmades võib sugurakud pärineda arheitidest.

Paljud liigid on viviparoused, mis näitab, et viljastamise nähtuse möödumisel jääb emaorganismis zygoot kuni vastse vabanemiseni. Nendesse liikidesse vabaneb sperma veesse ja võtab teise käsna.

Cnidarians

Cnidarians on mereorganismid, mis sisaldavad meduusid ja nendega seotud. Nendel loomadel on kaks morfoloogiat: esimene on polüüp ja seda iseloomustab eriline elustiil, samas kui teine ​​vorm on meduusid, mis suudavad liikuda ja ujuda.

Üldiselt reprodutseerivad polüübid aseksuaalselt lõhenemis- või lõhustumisprotsessidega. Meduusid on dioica ja paljunevad seksuaalselt. Selle rühma elutsükkel on väga erinev.

Acelomorfid ja lumelindid

Lameussid, nagu plananaarid, on tuntud eelkõige nende võime tõttu regenereerida ja toota mitu klooni ühest indiviidist aseksuaalse.

Enamik neist vermiformsetest loomadest on ühekojaline. Sellegipoolest ootavad nad partnerit, kes teostab ristväetamist.

Meeste reproduktiivsüsteem sisaldab mitmeid munandeid ja papillilaadset struktuuri, mis on sarnane keerukate selgroogsetega.

Molluskid ja annelids

Enamik molluskeid on diootilised ja nende paljunemine põhjustab ujumise, mis on võimeline ujuma vabalt nimetama trocóferaks (väga sarnane annelüüsis esineva vastsetega) ja varieerub vastavalt molluskite liigile.

Samamoodi on annelididel eraldi soost ja mõnel on ajutiselt ilmuvad sugunäärmed.

Lülijalgsed

Lülijalgsed on äärmiselt mitmekesine loomarühm, mida iseloomustab kitiinist ja liigendatud liidetest koosnev eksoskelett. Sellesse sugukonda kuuluvad miriápodos, quelicerados, koorikloomad ja heksapoodid.

Üldiselt eraldatakse sugud, paljunemisorganid on paaridena. Enamikul liikidel on sisemine väetamine. Need võivad olla munakujulised, ovoviviparous või viviparous.

Echinoderms

Echinoderms on meritäht, merikurgid, merisiilid ja liitlased. Kuigi on olemas mõningaid hermafrodiitseid liike, on enamikule iseloomulik, et neil on eraldi soost. Sugunäärmed on suured struktuurid, kanalid on lihtsad ja puuduvad keerulised kopulatsiooni organid.

Väetamine toimub väliselt ja areneb kahepoolne vastne, mis võib veekogus vabalt liikuda. Mõnedel liikidel on otsene areng.

Cordados

Enamik soost on eraldatud. Selles grupis leiame keerukamaid organeid paljunemiseks. Igal soost on gonadid, millel on kanalid, mis suunavad nende tooteid kanalisatsiooni või anuma lähedal asuvasse spetsiaalsesse avasse. Sõltuvalt rühmast võib väetamine olla väline või sisemine.

Partenogenees loomadel

Partenogenees on loomariigis laialdaselt esinev nähtus, peamiselt selgrootutel ja mõnedel selgroogsetel, mis võimaldab uue üksikisiku loomist ühe vanemaga. Kuigi tegemist on ebatavalise reprodutseerimise vormiga, peetakse teatud tüüpi partenogeneesi seksuaalseks paljunemiseks.

Meiootilise partenogeneesi korral moodustub munarakk meioosi poolt ja võib olla või mitte väetada isase sperma poolt..

Mõnel juhul peavad munarakud olema aktiveeritud isasloomade poolt. Sel juhul ei ole mõlema tuuma sulandumine, sest sperma geneetiline materjal visatakse ära.

Mõnes liigi puhul võib munarakk iseenesest areneda ilma aktiveerimisprotsessi vajaduseta.

Seksuaalne paljunemine taimedes

Analoogselt loomadega võib taimedel esineda seksuaalset paljunemist. See koosneb kahe haploidsete sugurakkude liitumisest, mis tekitavad unikaalse geneetiliste omadustega uue indiviidi.

Taim võib isaseid ja emaseid elundeid üksikutel isikutel omada või neid saab eraldada. Kurkis ja piimjas on sugud eraldatud, roosides ja petunias on sugu koos..

Lill

Seksuaalse paljunemise protsesside eest vastutav organ on lilled. Nendel spetsialiseeritud struktuuridel on piirkonnad, mis ei ole otseselt reprodutseerivad: calyx ja corolla ning seksuaalselt aktiivsed struktuurid: androceo ja gynoecium.

Androceo on meessoost reproduktiivorgan, mis koosneb tolmust, mis omakorda on jagatud hõõgniidi ja antheri. See viimane piirkond vastutab õietolmu tootmise eest.

Gynoecium on naissoost lilleorgan, mis koosneb ühikutest, mida nimetatakse carpels. Struktuur on sarnane pikliku "langusega" ja on jagatud häbimärgiks, stiiliks ja lõpuks munasarjaks.

Saastumine

Seksuaalse paljunemise protsess taimedes toimub peamiselt tolmeldamise teel, mis hõlmab õietolmu terade transportimist anigist stigma..

Saastumine võib toimuda samas lilledes (õietolm lähevad sama taime naissoost organisse) või neid võib ületada, kui õietolmu terad viljastavad erinevat isikut.

Enamikus taimedes on vajalik looma sekkumine tolmeldamiseks. Need võivad olla selgrootud, nagu mesilased või muud putukad või selgroogsed, nagu linnud ja nahkhiired. Tehas pakub tolmeldajale tasu nektarile ja need vastutavad õietolmu hajutamise eest.

Lillerakendused, mis ei ole otseselt reprodutseerivad, on korolla ja vasikad. Need moodustavad modifitseeritud lehed, paljudel juhtudel silmapaistvate ja eredate värvidega, mis vastutavad võimaliku tolmeldaja visuaalse või keemilise ligitõmbamise eest..

Samuti ei nõua mõned taimed loomade tolmeldajaid ega kasuta õietolmu või vett õietolmu hajutamiseks.

Väetamine, seemned ja viljad

Protsess algab õietolmujäätmete saabumisest lilli häbimärgistamiseni. Need reisivad niimoodi, kuni nad leiavad munasarja.

Kahekordne väetamine on tüüpiline õistaimedele ja ainulaadne kõigi organismide seas. See nähtus toimub järgmiselt: sperma tuum on kinnitatud muna külge ja teine ​​sperma tuum sulatatakse sporofüüdi diploidse embrüoga..

Selle ebahariliku sünnituse tulemus on trioploidne endospermi, mis toimib organismi arenguks toitainena. Kui ovulite edukas küpsemine toimub, muudetakse need seemneteks. Teisest küljest moodustavad puuviljad küpsed munasarjad.

Puuvilja võib liigitada nii lihtsaks, kui see on pärit küpsest munasarjast ja seda võib lisada, kui see tekib mitmetest munasarjadest, näiteks maasikast..

Seksuaalne paljunemine bakterites

Bakterid on tuntud eelkõige nende võime tõttu aseksuaalselt paljuneda.

Selles prokarüootses rühmas on üksikisik võimeline jagama kaheks protsessiga, mida nimetatakse binaarseks lõhustumiseks. Kuid geneetilise materjali vahetamise järel on bakterites mitmeid mehhanisme, mis meenutavad seksuaalset paljunemist.

Kuni 1940. aastate keskpaigani arvati, et bakterid, mida reprodutseerivad ainult ebatavaline tee. Teadlased Joshua Lederberg ja Edward Tatum eitasid seda usku läbi geniaalse eksperimendi, mis kasutas bakterit mudelina E. coli erinevate toiduainetega.

Katse koosnes tüvest A, mis kasvas minimaalses söötmes metioniini ja biotiiniga, ning B-tüvi, mis kasvas ainult keskkonnas, kus oli treoniini, leutsiini ja tiamiini. Teisisõnu, igal tüvel oli mutatsioon, mis takistas selle sünteesida neid ühendeid, mistõttu nad tuli sünteesida söötmes..

Kui kolooniad olid mõne tunni jooksul üksteisega kokku puutunud, omandasid isikud võime sünteesida varem toitumata aineid. Seega näitasid Lederberg ja Tatum, et seksuaalse reprodutseerimisega sarnaneb DNA vahetusprotsess ja nad nimetasid seda konjugatsiooniks.

Konjugatsioon

Konjugatsiooniprotsess toimub sillaga sarnase struktuuri kaudu, mida nimetatakse seksuaalseks piliks, mis ühendab füüsiliselt kahte bakterit ja võimaldab teil vahetada DNA-d.

Kuna bakteritel ei ole seksuaalset dimorfismi, ei saa me meeste ja naiste kohta rääkida. Kuid ainult üks tüüp võib toota pili ja neil on "viljakuse" jaoks erilised DNA fragmendid, mida nimetatakse faktoriks F. F-teguril on geenid pili tootmiseks.

Vahetuses osalev DNA ei ole üksiku bakteriaalse kromosoomi osa. Selle asemel on see isoleeritud ümmargune osa, mida nimetatakse plasmiidiks, millel on oma replikatsioonisüsteem.

Ümberkujundamine

Lisaks konjugatsioonile on ka teisi protsesse, kus bakterid võivad saada täiendavat DNA-d ja mida iseloomustab konjugatsioon lihtsam. Üks neist on transformatsioon, mis seisneb alasti DNA võtmises väliskeskkonnast. See eksogeenne DNA fragment võib olla integreeritud bakteriaalsesse kromosoomi.

Transformatsiooni mehhanism jõuab seksuaalse paljunemise kontseptsiooni. Kuigi bakterid võtsid vaba DNA-d, tuli see geneetiline materjal pärineda teisest organismist - näiteks bakter, mis suri ja vabastas oma keskkonda DNA-sse.

Transduktsioon

Kolmas ja viimane bakterites tuntud mehhanism välise DNA saamiseks on transduktsioon. See hõlmab baktereid nakatava viiruse osalemist: bakteriofaagid.

Transduktsioonis võtab viirus osa bakteriaalsest DNA-st ja kui see juhtub, et nakatada erinev bakter, võib ta selle fragmendi talle edasi anda. Mõned autorid kasutavad terminit "seksuaalsed sündmused", et viidata nendele kolmele mehhanismile.

Evolutsiooniline perspektiiv

Seksuaalne paljunemine organismides on silmapaistev fakt. Seetõttu on üks evolutsioonilise bioloogia suurimaid küsimusi sellepärast, et sugu on levinud nii paljudes suguvõsades, kui tegemist on energiasäästliku tegevusega - ja mõnel juhul isegi ohtlik.

Eeldatakse, et eukarüootides seksuaalsest paljunemisest tulenevad selektiivsed jõud on samad, mis säilitavad bakterite jaoks kirjeldatud parasexuaalsed protsessid..

Seksikulud

Arengu valguses viitab mõiste "edu" indiviidi võimele edasi anda oma geenid järgmisele põlvkonnale. Paradoksaalselt on sugu protsess, mis ei vasta sellele määratlusele täielikult, sest paljude reprodutseerimisega seotud kulude arv.

Seksuaalne reprodutseerimine hõlmab partneri leidmist ja enamasti ei ole see ülesanne triviaalne. Sa pead investeerima tohutult palju aega ja energiat sellesse töösse, mis määrab järglaste edu - "ideaalse partneri" leidmisel.

Loomad näitavad rida rituaale oma potentsiaalsete partnerite ärkamiseks ja mõnel juhul peavad nad võitlema oma elu eksponeerimisega, et kopuleerida.

Isegi rakutasandil on sugu kallis, sest jagunemine meioosiga võtab palju kauem aega kui mitoos. Niisiis, miks enamik eukarüootidest seksuaalselt paljunevad?

On kaks põhilist teooriat. Üks on seotud raku sulandumisega kui mehhanism "isekas" geneetilise elemendi horisontaalseks ülekandeks, samas kui teine ​​teooria pakub rekombinatsiooni DNA parandamise mehhanismina. Järgnevalt kirjeldame iga teooria plusse ja miinuseid:

Sugu eelised

Sellele küsimusele vastamiseks peame keskenduma seksuaalse paljunemise võimalikele eelistele esimeses eukarüootides.

Sugurakkude sulandumine zygoodi moodustamiseks viib kahe erineva genoomi kombinatsiooni, mis on võimelised kompenseerima ühe genoomi võimalikke defektseid geene teise normaalse koopiaga..

Inimestel pärimeime näiteks iga vanema koopia. Kui me pärime oma emalt defektset geeni, võib meie isa normaalne geen kompenseerida (sel juhul ilmneb patoloogia või haigus ainult homosügootse retsessiivina).

Teine teooria - mis ei ole nii intuitiivne kui esimene - teeb ettepaneku, et meioos toimiks DNA remondimehhanismina. Geneetilise materjali kahjustamine on probleem, millega peavad kokku puutuma kõik organismid. Siiski on organisme, mis paljunevad ainult aseksuaalselt ja nende DNA ei ole eriti kahjustatud.

Teine hüpotees ütleb, et sugu oleks võinud areneda parasiitse kohandumisena isekas geneetiliste elementide vahel, et neid saaks levitada teistele geneetilistele liiniosadele. Sarnast mehhanismi on tõestatud ka 2007. \ T E. coli.

Kuigi on olemas võimalikke selgitusi, on seksuaalareng evolutsiooniliste bioloogide vahel raske arutelu teema.

Seksuaalne valik

Seksuaalne valik on Charles Darwini esitatud mõiste, mida kohaldatakse ainult seksuaalse paljunemisega elanikkonna suhtes. Seda kasutatakse, et selgitada käitumist, struktuure ja muid atribuute, mille olemasolu ei saa loomuliku valiku abil ette kujutada.

Näiteks ei ole nii värvikas ja mõningal määral "paabutatud" luugid otsest kasu üksikisikule, kuna see muudab võimalikele röövloomadele nähtavamaks. Lisaks on see olemas ainult meestel.

Viited

  1. Colegrave, N. (2012). Sugu evolutsiooniline edu: teaduse ja ühiskonna seeria seksis ja teaduses. EMBO aruanded, 13(9), 774-778.
  2. Crow, J. F. (1994). Seksuaalse paljunemise eelised. Arengu geneetika, 15(3), 205-213.
  3. Freeman, S., & Herron, J. C. (2002). Evolutsiooniline analüüs. Prentice'i saal.
  4. Goodenough, U. & Heitman, J. (2014). Eukarüootse seksuaalse paljunemise algus. Külma kevadise sadama perspektiivid bioloogias, 6(3), a016154.
  5. Hickman, C. P., Roberts, L. S., Larson, A., Ober, W.C. & Garrison, C. (2001). Zooloogia integreeritud põhimõtted. New York: McGraw-Hill.
  6. Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (toim.). (2010). Loomade esmaste seksuaalsete märkide areng. Oxfordi ülikooli ajakirjandus.
  7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Seksuaalne reproduktsioon loomadel ja taimedel. Springer-Verlag GmbH.