Характеристики статевого розмноження, види, у рослин, у тварин



The статеве розмноження є розмноження осіб з двох батьків різних статей: чоловічого і жіночого - за винятком випадків, коли ми називаємо статеве розмноження у бактерій або найпростіших, де немає відмінності статей. Це широко поширений процес в еукаріотичних організмах.

Кожна людина, яка бере участь у статевому розмноженні, виробляє тип спеціалізованих клітин зародкових ліній: сперматозоїдів і яйцеклітин. Вони походять від типу спеціалізованого поділу клітин, званого мейозом. Ця подія є вирішальною відмінністю між безстатевим і статевим розмноженням.

Процес починається з об'єднання двох гамет, які дають початок зиготі. Згодом зигота породжує нового індивіда з характеристиками обох своїх батьків і з певними унікальними персонажами.

Завдяки повсюдності процесу ми робимо висновок, що статеве розмноження передбачає ряд переваг щодо безстатевого. Однак можливі недоліки статевого розмноження більш очевидні: час і енергія, вкладені в пошуки партнерів, конкуренція за жінок, витрати на виробництво гамет, які не запліднені, серед інших..

Витрати здаються дуже високими, тому вони повинні мати значні переваги, які допомагають компенсувати. Переваги статевого розмноження були предметом суперечок і дискусій серед еволюційних біологів.

Одна гіпотеза припускає, що статеве розмноження є корисним, оскільки воно виробляє сорти, які під час змін навколишнього середовища можуть бути прибутковими для виду. Насправді, виробництво генетичної мінливості є однією з переваг, пов'язаних з сексом.

З іншого боку, деякі дослідники вважають, що статеве розмноження, зокрема рекомбінація, було обрано як механізм репарації ДНК. Однак поширеність сексу, незважаючи на його витрати, досі невідома..

Індекс

  • 1 Загальна характеристика
  • 2 Гамма
  • 3 Статеве розмноження у тварин
    • 3.1 Структури, пов'язані з відтворенням
    • 3.2
    • 3.3
    • 3.4 Ацеломорфи і плоскі хробаки
    • 3.5 Молюски і анеліди
    • 3.6 Членистоногі
    • 3.7 Голкинець
    • 3.8 Cordados
  • 4 Партеногенез у тварин
  • 5 Статеве розмноження в рослинах
    • 5.1 Квітка
    • 5.2 Запилення
    • 5.3 Запліднення, насіння та фрукти
  • 6 Статеве розмноження у бактерій
    • 6.1 Кон'югація
    • 6.2 Трансформація
    • 6.3 Трансдукція
  • 7 Еволюційна перспектива
    • 7.1 Статеві витрати
    • 7.2 Переваги сексу
    • 7.3 Сексуальний відбір
  • 8 Посилання

Загальна характеристика

Секс - це складне явище, яке широко варіюється серед еукаріотичних таксонів. Загалом, ми можемо зрозуміти його як процес, що включає три етапи: злиття двох гаплоїдних ядер, явище рекомбінації, яке виробляє нові генотипи і поділ диплоїдних клітин з утворенням гаплоїдних ядер..

З цієї точки зору, стать в еукаріот залежить від життєвого циклу, в якому диплоїдні клітини повинні бути розділені на мейоз. Цей процес мейотичного поділу відповідає за розподіл генетичного матеріалу майбутніх гамет.

Мейоз спрямований на відділення гомологічних хромосом таким чином, що кожна гамета має половину соматичних хромосом. На додаток до зниження генетичного навантаження, у мейозі обмін матеріалу між несестринськими хроматидами також відбувається, виробляючи абсолютно нові комбінації.

Gametos

Гамети - це статеві клітини організмів, які генеруються мейозом і містять половину генетичного навантаження, тобто вони гаплоїдні.

Гамети розрізняються як у рослин, так і у тварин, і класифікуються за трьома основними категоріями залежно від їх розміру та відносної рухливості в: ізогамії, анізогамії та огомамі.

Ізогамія - це спосіб статевого розмноження, де гамети, що зливаються, дають початок новому індивідууму, однакові за розміром, рухливістю і структурою. Ізогамія представлена ​​переважно в рослинах.

Навпаки, анісогамія складається з об'єднання двох гамет, що відрізняються за розміром і структурою. Особливим типом анізогамії є оогамія, де чоловічі гамети відносно невеликі за розміром і численні. Жіночі є набагато більш помітними і виробляються в меншій кількості.

Статеве розмноження у тварин

У тваринному царстві статеве розмноження є явищем, широко поширеним серед членів групи.

Майже всі безхребетні і хребетні мають статеві органи в окремих організмах - тобто у виду можна виділити самця і самку. Ця умова називається діоніка, термін, який походить від грецьких коренів "двох будинків"

На противагу цьому, існують певні менш численні види, половини яких присутні в одних і тих же особистостях, що називаються монах: «будинок». Ці тварини також відомі як гермафродити.

Різницю між статями не дають морфологічні характеристики розмірів або забарвлення, а за типом гамет, що виробляється кожною статтю..

Самки виробляють яйцеклітини, що характеризуються їх великими розмірами і нерухомістю. Сперма, з іншого боку, виробляються самцями в більшій кількості, набагато менші і мають спеціальні структури для переміщення і здатні запліднювати яйцеклітину.

Далі ми опишемо типові статеві органи тварин, а потім детально розглянемо процес розмноження в кожній групі тварин.

Структури, пов'язані з відтворенням

Спеціалізовані клітини для статевого розмноження - яйцеклітини і сперматозоїди - виробляються в специфічних тканинах, що називаються гонадами.

У чоловіків яєчка відповідальні за вироблення сперми, а жіночі гамети у яєчниках.

Гонади вважаються первинними статевими органами. Додаткові статеві органи присутні у великій групі метазоанів, які відповідають за отримання та передачу яйцеклітин і сперми. У самок ми знаходимо піхву, маткові труби або маткові труби і матку, а у самців - пеніс.

Porifera

Porifera широко відомий як губки і може розмножуватися як сексуально, так і безстатево. У більшості видів виробництво чоловічих і жіночих статевих клітин відбувається у однієї особи.

Хоаноцити - це особливий тип клітин цієї лінії, які можуть бути перетворені в сперму. В інших групах гамети можуть бути отримані з археїтів.

Багато видів є живородящими, що вказує на те, що після явища запліднення зигота зберігається материнським організмом до вивільнення личинки. У цих видів сперма вивільняється у воду і забирається іншою губкою.

Книдарі

Книдарі є морськими організмами, які включають медуз і пов'язані з ними. Ці тварини мають дві морфології: перша - поліп і характеризується живим способом, а друга - медуза, здатна рухатися і плавати.

Як правило, поліпи відтворюються асексуально шляхом бутонізації або процесів поділу. Медуза є діоліка і розмножується статевим шляхом. Життєвий цикл цієї групи дуже мінливий.

Ацеломорфи і плоскі хробаки

Flatworms, такі як planarians, відомі в першу чергу за їх здатність регенерувати і виробляти кілька клонів від однієї особи через безстатеві.

Більшість цих червоподібних тварин однодомні. Тим не менш, вони шукають партнера для проведення перехресного запліднення.

Чоловіча репродуктивна система включає кілька яєчок і сосочкоподібну структуру, подібну до пенісів складних хребетних.

Молюски і анеліди

Більшість молюсків є діоксичними і їх розмноження призводить до появи личинки, здатної вільно плавати під назвою trocófera (дуже схожа на личинку, присутню в анелідах) і варіює залежно від виду молюсків..

Аналогічно, аннеліди мають окремі статі, а в деяких - гонади, які з'являються тимчасово.

Членистоногі

Членистоногі є надзвичайно різноманітною групою тварин, що характеризується екзоскелетом, що складається з хітину і зчленованих придатків. Ця лінія включає miriápodos, quelicerados, ракоподібні і гексаподи.

Як правило, статеві особи розділені, органи, що спеціалізуються на розмноженні, з'являються парами. Більшість видів мають внутрішнє запліднення. Вони можуть бути яйцекладними, овакоподібними або живородящими.

Голкошкірі

Ореоли включають морські зірки, морські огірки, морські їжаки і союзники. Хоча є деякі гермафродитні види, більшість з них характеризуються наявністю окремих статей. Гонади є великими структурами, протоки прості і немає складних копуляторних органів.

Запліднення відбувається зовні і розвивається двостороння личинка, яка може вільно рухатися в водоймі. Деякі види мають прямий розвиток.

Кордадос

Більшість статей розділені. У цій групі ми знаходимо більш складні органи для розмноження. Кожен секс має гонади з протоками, які направляють продукти з них на каналізацію або на спеціальний отвір, розташований поблизу ануса. Залежно від групи, запліднення може бути зовнішнім або внутрішнім.

Партеногенез у тварин

Партеногенез є явищем, широко представленим в тваринному світі, переважно в безхребетних і деяких хребетних, що дозволяє генерувати нового індивідуума з одним батьком. Хоча це і форма безстатевого розмноження, деякі види партеногенезу розглядаються як види статевого розмноження.

У мейотичному партеногенезі яйцеклітина утворена мейозом і може або не може бути запліднена спермою у чоловіка.

У деяких випадках яйцеклітини повинні бути активовані чоловічою гаметою. У цьому випадку не відбувається злиття обох ядер, оскільки генетичний матеріал з сперми відкидається.

Однак у деяких видів яйцеклітина може розвиватися спонтанно без необхідності активаційного процесу.

Статеве розмноження в рослинах

Аналогічно випадку з тваринами, рослини можуть відчувати статеве розмноження. Вона складається з об'єднання двох гаплоїдних гамет, які дадуть початок новому індивідууму з унікальними генетичними характеристиками.

Рослина може володіти чоловічими і жіночими органами у окремих особин або їх можна розділити. У огірках і в молочному стате розділені, в той час як в трояндах і петуніях підлоги разом.

Квітка

Органом, відповідальним за процеси статевого розмноження, є квіти. У цих спеціалізованих структурах є області, які безпосередньо не беруть участь у відтворенні: чашечка і віночок, а також сексуально активні структури: андроцео і гінецію..

Андроцео - чоловічий репродуктивний орган, що складається з тичинки, яка в свою чергу ділиться на нитку і пиляк. Цей останній регіон відповідає за виробництво пилкових зерен.

Гінецію є жіночим квітковим органом і складається з одиниць, що називаються плодолистками. Структура схожа на витягнуту "краплю" і ділиться на стигму, стиль і, нарешті, яєчник.

Запилення

Процес статевого розмноження в рослинах відбувається головним чином шляхом запилення, що передбачає транспортування пилкових зерен від пиляка до стигми..

Запилення може відбуватися в одній і тій же квітці (пилкові зерна йдуть до жіночого органу однієї рослини) або можуть перетинатися, коли пилкові зерна підживлюють іншу особу.

У більшості рослин необхідно втручання тварини для здійснення запилення. Це можуть бути безхребетні, такі як бджоли або інші комахи або хребетні тварини, такі як птахи та кажани. Рослина пропонує в якості винагороди запилювача нектар і вони відповідають за розсіювання пилку.

Квітковими структурами, які безпосередньо не беруть участі у відтворенні, є віночок і чашечка. Вони являють собою модифіковані листя, у багатьох випадках яскраві і яскраві кольори, які відповідають за візуальне або хімічне залучення до потенційного запилювача.

Крім того, деякі рослини не потребують запилювачів тварин і використовують вітер або воду для розсіювання пилку.

Запліднення, насіння та фрукти

Процес починається з приходу пилкових зерен до клейма квітки. Вони подорожують так, поки не знайдуть яєчник.

Подвійне запліднення характерне для квіткових рослин і унікальне серед усіх організмів. Явище відбувається наступним чином: ядро ​​сперматозоїда прикріплюється до яйця, а інше ядро ​​сперми зливається з диплоїдним ембріоном спорофіту.

Результатом цього незвичайного породжувального явища є триоплоїдний ендосперм, який буде діяти як поживна тканина для розвитку організму. Як тільки відбувається успішне дозрівання яйцеклітин, вони перетворюються на насіння. Плід, з іншого боку, утворюється зрілими яєчниками.

Плоди можуть бути класифіковані як прості, якщо вони походять з зрілого яєчника і можуть бути додані, якщо він розвивається з декількох яєчників, таких як полуниця, наприклад.

Статеве розмноження у бактерій

Бактерії відомі перш за все своєю здатністю розмножуватися безстатево.

У цьому прокаріотичному походження індивід здатний розділити на дві частини процес, який називається двійковим поділом. Однак існує ряд механізмів у бактеріях, які нагадують статеве розмноження, оскільки відбувається обмін генетичним матеріалом.

До середини 1940-х років вважалося, що бактерії відтворюються виключно асексуальним шляхом. Однак дослідники Джошуа Ледерберг і Едвард Татум спростували цю віру через геніальний експеримент з використанням бактерії як моделі. E. coli з різними харчовими потребами.

Експеримент складався з штаму А, що росте в мінімальному середовищі з метіоніном і біотином, і штаму В, який тільки зростав в середовищах з треоніном, лейцином і тіаміном. Іншими словами, кожен штам мав мутацію, що перешкоджала його синтезу цих сполук, тому їх потрібно було синтезувати в культуральному середовищі..

Коли колонії зв'язувалися один з одним протягом декількох годин, люди отримували здатність синтезувати ці поживні речовини раніше. Таким чином, Ледерберг і Татум продемонстрували, що відбувається процес обміну ДНК, подібний до статевого розмноження, і вони називають його кон'югацією..

Кон'югація

Процес кон'югації відбувається через структуру, подібну мосту, що називається статевим пілі, який фізично зв'язує дві бактерії і дозволяє обмінюватися ДНК.

Оскільки бактерії не мають статевого диморфізму, ми не можемо говорити про самців і жінок. Однак тільки один тип може виробляти пілі, і вони мають спеціальні фрагменти ДНК, звані факторами F, для "родючості". Фактор F має гени для виробництва пілі.

ДНК, яка бере участь в обміні, не є частиною однієї бактеріальної хромосоми. Натомість це ізольована кругова частина, яка називається плазмідою, яка має свою власну систему реплікації.

Трансформація

Крім кон'югації, існують і інші процеси, в яких бактерії можуть отримати додаткову ДНК і характеризуються тим, що вони простіші, ніж кон'югація. Одним з них є трансформація, яка складається з взяття оголеної ДНК з зовнішнього середовища. Цей екзогенний фрагмент ДНК може бути інтегрований в бактеріальну хромосому.

Механізм трансформації входить в поняття статевого розмноження. Хоча бактерії брали вільну ДНК, цей генетичний матеріал мав виходити з іншого організму - наприклад, бактерії, яка померла і випустила свою ДНК у навколишнє середовище..

Трансдукція

Третім і останнім механізмом, відомим в бактеріях для отримання зовнішньої ДНК, є трансдукція. Це передбачає участь вірусу, який інфікує бактерії: бактеріофаги.

У трансдукції вірус бере частину бактеріальної ДНК і, коли відбувається зараження різницевої бактерії, він може передати йому цей фрагмент. Деякі автори використовують термін "сексуальні події" для позначення цих трьох механізмів.

Еволюційна перспектива

Поширене статеве розмноження в організмах є важливим фактом. Тому одним з найважливіших питань в еволюційній біології є те, чому секс поширюється на стільки пологів, якщо це енерговитратна діяльність, а в деяких випадках навіть небезпечна..

Передбачається, що селективні сили, що виникли в статевому розмноженні в еукаріотах, є такими ж, що підтримують парасексуальні процеси, описані для бактерій..

Статеві витрати

У світлі еволюції термін "успіх" означає здатність людини передавати свої гени наступному поколінню. Парадоксально, що секс є процесом, який не повністю відповідає цьому визначенню, оскільки серія витрат пов'язана з відтворенням.

Статеве розмноження передбачає пошук партнера і в більшості випадків це завдання не є тривіальним. Ви повинні вкласти величезну кількість часу і енергії в цю роботу, яка визначить успіх потомства - з точки зору пошуку "ідеального партнера".

Тварини демонструють серію ритуалів, щоб заохотити своїх потенційних партнерів, і в деяких випадках вони повинні боротися з викриттям власного життя, щоб співпрацювати.

Навіть на клітинному рівні секс коштує дорого, оскільки поділ на мейоз займає набагато більше часу, ніж мітоз. Отже, чому більшість еукаріотів розмножуються статевим шляхом?

Існують дві фундаментальні теорії. Один з них пов'язаний з злиттям клітин як механізм горизонтальної передачі "егоїстичного" генетичного елемента, тоді як друга теорія пропонує рекомбінацію як механізм репарації ДНК. Далі ми опишемо плюси і мінуси кожної теорії:

Переваги сексу

Щоб відповісти на це питання, ми повинні зосередитися на можливих вигодах статевого розмноження у перших еукаріотів.

Злиття гамет для формування зиготи призводить до поєднання двох різних геномів, які здатні компенсувати можливі дефектні гени одного генома з нормальною копією іншого.

У людей, наприклад, ми успадковуємо копію кожного з батьків. Якщо ми успадкуємо дефектний ген від нашої матері, то нормальний ген нашого батька може компенсувати (в такому випадку, якщо патологія або хвороба тільки з'являється як гомозиготна рецесивна).

Друга теорія - не настільки інтуїтивна, як перша - припускає, що мейоз діє як механізм відновлення в ДНК. Пошкодження генетичного матеріалу є проблемою, з якою повинні стикатися всі організми. Проте існують організми, які лише розмножуються асексуально, а їх ДНК не є особливо пошкодженою.

Інша гіпотеза стверджує, що секс міг розвиватися як паразитична адаптація серед егоїстичних генетичних елементів, щоб поширюватися на інші генетичні лінії. Подібний механізм був зафіксований у Росії E. coli.

Незважаючи на можливі пояснення, еволюція статі є предметом важких дебатів серед еволюційних біологів.

Сексуальний відбір

Сексуальний відбір є концепцією, введеною Чарльзом Дарвіном, який застосовується тільки до груп населення з сексуальним розмноженням. Вона використовується для пояснення наявності поведінки, структур та інших атрибутів, існування яких неможливо уявити природним відбором.

Наприклад, оперення настільки барвиста і певною мірою "перебільшена" з павичів не приносить безпосередньої користі індивіду, оскільки робить її більш помітною для можливих хижаків. Крім того, він присутній тільки у чоловіків.

Список літератури

  1. Colegrave, N. (2012). Еволюційний успіх сексу: Наука & Серія суспільства про секс і науку. Звіти EMBO, 13(9), 774-778.
  2. Crow, J. F. (1994). Переваги статевого розмноження. Генетика розвитку, 15(3), 205-213.
  3. Freeman, S., & Herron, J. C. (2002). Еволюційний аналіз. Prentice Hall.
  4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Витоки еукаріотичної статевої репродукції. Перспективи холодної весни Харбор в біології, 6(3), a016154.
  5. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Інтегровані принципи зоології. Нью-Йорк: McGraw-Hill.
  6. Леонард, Дж., & Кордоба-Агілар, А. (ред.). (2010). Еволюція первинних статевих ознак у тварин. Oxford University Press.
  7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Статеве розмноження у тварин і рослин. Springer-Verlag GmbH.