SEKSUALNA REPRODUKCIJA: KARAKTERISTIKE, VRSTE, BILJKE, ŽIVOTINJE - BIOLOGIJA - 2026

Seksualna reprodukcija je umnožak pojedinaca iz dva roditelja različitog spola: muški i ženski - osim kad se odnosi na seksualne reprodukcije u bakterija ili protozoa, tamo gdje je nema razlike seksa. To je široko rasprostranjeni proces u eukariotskim organizmima.

Svaka osoba koja sudjeluje u seksualnoj reprodukciji proizvodi vrstu specijaliziranih staničnih stanica: spermu i jajašce. To je uzrokovano vrstom specijalizirane diobe stanica, koja se naziva mejoza. Ovaj je događaj ključna razlika između aseksualne i seksualne reprodukcije.

Izvor: Autor Manojiritty, iz Wikimedia Commons

Proces započinje sjedinjenjem dviju gameta koje stvaraju zigotu. Kasnije, zigota rađa novog pojedinca s karakteristikama oba roditelja i s određenim jedinstvenim karakteristikama.

Zbog sveprisutnosti postupka, zaključujemo da seksualna reprodukcija uključuje niz prednosti u odnosu na aseksualnu reprodukciju. Međutim, uočljivi su mogući nedostaci seksualne reprodukcije: vrijeme i energija uloženi u potragu za prijateljima, natjecanje za ženke, troškovi proizvodnje gameta koje nisu oplođene, među ostalim.

Čini se da su troškovi vrlo visoki, pa moraju imati značajne prednosti kako bi se nadoknadili. Prednosti seksualne reprodukcije bile su predmet rasprave među evolucijskim biolozima.

Jedna hipoteza sugerira da je seksualna reprodukcija korisna, jer proizvodi sorte koje bi u vrijeme promjena u okolišu mogle biti korisne za vrstu. Zapravo je proizvodnja genetske varijabilnosti jedna od prednosti koje se pripisuju seksu.

S druge strane, neki istraživači predlažu da je seksualna reprodukcija, konkretno rekombinacija, odabrana kao mehanizam popravljanja DNA. Međutim, rasprostranjenost seksa, unatoč njegovim troškovima, još uvijek nije poznata.

Opće karakteristike

Seks je složen fenomen koji uvelike varira od eukariotskih svojti. Općenito, možemo ga shvatiti kao postupak koji uključuje tri koraka: fuziju dvije haploidne jezgre, fenomen rekombinacije koji proizvodi nove genotipove i podjelu diploidnih stanica da nastanu haploidne jezgre.

S ovog stajališta, seks u eukariota ovisi o životnom ciklusu u kojem se diploidne stanice moraju podijeliti mejozom. Ovaj postupak mejotičke diobe odgovoran je za distribuciju genetskog materijala budućih gameta.

Cilj mejoze je odvajanje homolognih kromosoma na način da svaka gameta ima polovinu somatskih kromosoma. Pored smanjenja genetskog opterećenja, u mejozi dolazi i do razmjene materijala između ne-sestrinih kromatida, dobivajući potpuno nove kombinacije.

gamete

Gamete su spolne stanice organizma koje nastaju mejozom i sadrže polovicu genetskog opterećenja, to jest da su haploidne.

Gamete se razlikuju u biljkama i životinjama, a svrstane su u tri temeljne kategorije, ovisno o njihovoj veličini i relativnoj pokretljivosti: izogamija, anigamija i oogamija.

Izogamija je oblik seksualne reprodukcije gdje su gamete koje se spajaju da bi dovele novu jedinku identične veličine, pokretljivosti i strukture. Izogamija je zastupljena uglavnom u biljkama.

Suprotno tome, anisogamija se sastoji od spajanja dviju gameta koje se razlikuju po veličini i strukturi. Jedna posebna vrsta anisogamije je oogamija, gdje su muške gamete relativno male veličine i obiluju brojem. Ženke su mnogo uočljivije i proizvode se u manjem broju.

Seksualna reprodukcija u životinja

U životinjskom carstvu seksualna reprodukcija je široko rasprostranjena pojava među članovima grupe.

Gotovo svi beskralješnjaci i kralješnjaci posjeduju spolove u zasebnim organizmima - to jest, u vrsti možemo razlikovati muškog i žensku jedinku. Ovo se stanje naziva dioecious, izraz izveden iz grčkih korijena "dvije kuće"

Suprotno tome, postoje određene manje brojne vrste čiji su spolovi prisutni kod iste jedinke koja se zove monoecious: "kuća". Te su životinje poznate i kao hermafroditi.

Razlika između spolova ne daje se morfološkim karakteristikama veličine ili obojenja, već vrstom gameta koje svaki spol proizvodi.

Ženke proizvode ovule koje karakteriziraju velika veličina i nepokretnost. Sperme, s druge strane, mužjaci proizvode u većoj količini, mnogo su manje i imaju posebne strukture za kretanje i oplodnju jajca.

Zatim ćemo opisati tipične spolne organe životinja, a zatim ćemo detaljno objasniti proces reprodukcije u svakoj životinjskoj skupini.

Strukture povezane s reprodukcijom

Specijalizirane stanice za spolnu reprodukciju - jajašce i sperme - proizvode se u specifičnim tkivima zvanim gonade.

U mužjaka su testisi odgovorni za proizvodnju sperme, dok se u jajnicima formiraju ženske gamete.

Gonade se smatraju primarnim spolnim organima. Dodatni spolni organi prisutni su u važnoj skupini metazoana koji su odgovorni za primanje i prijenos jajašca i sperme. U ženki nalazimo vaginu, maternice ili jajovode i maternicu, dok kod muškaraca postoji penis.

Šupljikav

Poriferi su općenito poznati kao spužve i mogu se reproducirati i seksualno i aseksualno. U većini vrsta proizvodnja muških i ženskih gameta odvija se u jednoj jedinki.

Hoanociti su posebna vrsta stanice ove loze koja se može transformirati u spermu. U drugim skupinama gamete mogu biti izvedene iz arheocita.

Mnoge su vrste živahne, što ukazuje na činjenicu da nakon pojave oplodnje roditeljski organizam zigotu zadržava dok ne dođe do ispadanja larve. Kod ovih vrsta spermatozoidi se ispuštaju u vodu i uzimaju ih spužvom druge vrste.

Žarnjaci

Cnidarijani su morski organizmi koji uključuju meduze i slično. Ove životinje imaju dvije morfologije: prva je polipa i karakterizira je sjedeći način života, dok je druga meduza koja se može kretati i plutati.

Polipi se uglavnom aseksualno razmnožavaju procesima pupoljka ili fisije. Meduze su dvolične i reproduciraju se seksualno. Životni ciklus ove skupine vrlo je varijabilan.

Acelomorfi i ravne gliste

Plodovi crvi, poput plantara, poznati su ponajprije po svojoj sposobnosti da se obnavljaju i stvaraju višestruki klonovi aseksualno od jedne jedinke.

Većina tih staništavih vrsta su jednorodne. Međutim, traže partnera koji će izvršiti unakrsnu oplodnju.

Muški reproduktivni sustav uključuje nekoliko testisa i papilološku strukturu sličnu penisima složenih kralježnjaka.

Školjke i školjke

Većina mekušaca je dvolična, pa se njihovim razmnožavanjem nastaje lička koja se lako kupa, nazvana trocófera (vrlo slična ličinkama prisutnim u kokoši) i razlikuje se u skladu s vrstama mekušaca.

Slično tome, annelidi imaju odvojene spolove, a kod nekih imaju i gonade koje se pojavljuju privremeno.

člankonožaca

Arthropods je vrlo raznolika skupina životinja, koju karakterizira egzoskelet sastavljen od himina i spojenih dodataka. Ova linija uključuje mirijapode, kelicerate, rakove i šesterokut.

Spolnost je uglavnom odvojena, organi specijalizirani za reprodukciju pojavljuju se u parovima. Većina vrsta ima unutarnju gnojidbu. Oni mogu biti oviparous, ovoviviparous ili viviparous.

bodljikaša

Ehinoderme uključuju morske morske zvijezde, morske krastavce, morske ježeve i slično. Iako postoje neke vrste hermafrodita, za većinu njih je karakteristično da imaju zaseban spol. Gonade su velike građe, dukti su jednostavni i ne postoje složeni kopulacijski organi.

Gnojidba se odvija izvana i razvija se bilateralna ličinka koja se može slobodno kretati u vodenom tijelu. Neke vrste imaju izravan razvoj.

svitkovci

Većina spolova su odvojena. U ovoj skupini nalazimo složenije organe za reprodukciju. Svaki spol ima žlijezde s kanalima koje proizvode od njih usmjeravaju u kloaku ili na neki poseban otvor smješten u blizini anusa. Ovisno o skupini, oplodnja može biti vanjska ili unutarnja.

Partenogeneza u životinja

Partenogeneza je pojava široko zastupljena u životinjskom carstvu, uglavnom kod beskralježnjaka i nekih kralježnjaka, što omogućava stvaranje nove jedinke s jednim roditeljem. Iako se radi o obliku aseksualne reprodukcije, neke vrste partenogeneze smatraju se vrstama seksualne reprodukcije.

Kod mejotske partenogeneze jajašce nastaje mejozom i može se oploditi ili ne mora oploditi sperma od mužjaka.

U nekim slučajevima jaja moraju aktivirati mušku spolnu gelu. U ovom slučaju, nema fuzije obje jezgre, jer se genetski materijal iz sperme odbacuje.

Međutim, kod nekih vrsta jajnik se može spontano razviti bez potrebe za aktivacijom.

Seksualna reprodukcija u biljkama

Analogno slučaju životinja, biljke mogu proći seksualnu reprodukciju. Sastoji se od spoja dviju haploidnih gameta koje će roditi novog jedinku s jedinstvenim genetskim karakteristikama.

Biljka može imati muške i ženske organe u jednoj jedinki ili se mogu odvojiti. Kod krastavca i mlijeka spolovi su razdvojeni, dok su u ružama i petunijama spolovi zajedno.

Cvijet

Organ zadužen za procese spolne reprodukcije su cvjetovi. Ove specijalizirane strukture imaju regije koje ne sudjeluju izravno u reprodukciji: kaliks i korola, te seksualno aktivne strukture: androecij i gynoecium.

Androecij je muški reproduktivni organ sastavljen od stabljike, koji je zauzvrat podijeljen na nitnu i mravinju. Ova posljednja regija odgovorna je za proizvodnju peludnih žitarica.

Gynoecium je ženski cvjetni organ, a čine ga jedinice koje se zovu carpels. Struktura je slična izduženoj „kapi“ i dijeli se na stigmu, stil i na kraju jajnik.

Oprašivanje

Proces spolne reprodukcije u biljkama odvija se uglavnom putem oprašivanja, koji se sastoji od transporta peludnih zrnaca od prašine do stigme.

Zagađenje se može dogoditi u istom cvijetu (peludna zrna idu u ženski organ iste biljke) ili može biti ukrštena, gdje peludno zrno oplođuje drugu jedinku.

U većini biljaka intervencija životinje je nužna za provođenje oprašivanja. To mogu biti beskralježnjaci poput pčela ili drugih insekata ili kralježnjaka poput ptica i šišmiša. Biljka nudi oprašivač nektar kao nagradu i oni su zaduženi za raspršivanje polena.

Cvjetne strukture koje ne sudjeluju izravno u razmnožavanju su vijenac i čašica. Ovo su modificirani listovi, u mnogim slučajevima svijetlih i živih boja, koji su odgovorni za vizualno ili kemijsko privlačenje potencijalnog oprašivača.

Slično tome, neke biljke ne zahtijevaju oprašivanje životinja i koriste vjetar ili vodu za raspršivanje polena.

Gnojidba, sjeme i plod

Proces započinje dolaskom zrna peludi u stigme cvijeta. Ove putuju po stilu dok ne pronađu jajnik.

Dvostruka gnojidba tipična je za cvjetnice i jedinstvena je među svim organizmima. Pojava se događa na sljedeći način: jezgra sperme spaja se s jajcem, a druga jezgra sperme spaja se s diploidnim zametkom sporofita.

Rezultat ovog nesvakidašnjeg događaja oplodnje je trioploidni endosperm koji će djelovati kao hranjivo tkivo za razvoj organizma. Jednom kada dođe do uspješnog sazrijevanja ovula, oni se pretvaraju u sjeme. Plod s druge strane nastaju zreli jajnici.

Plod se može klasificirati kao jednostavan ako dolazi iz zrelog jajnika i može se dodati ako se razvije iz nekoliko jajnika, na primjer jagoda.

Seksualna reprodukcija u bakterijama

Bakterije su poznate prije svega po svojoj sposobnosti da se reproduciraju aseksualno.

U ovoj prokariotskoj lozi pojedinac je sposoban podijeliti se procesom koji se naziva binarna fisija. Međutim, postoji niz mehanizama u bakterijama koji podsjećaju na seksualnu reprodukciju budući da postoji razmjena genetskog materijala.

Sve do sredine četrdesetih godina prošlog vijeka smatralo se da se bakterije razmnožavaju isključivo aseksualno. Međutim, istraživači Joshua Lederberg i Edward Tatum demantirali su ovo uvjerenje genijalnim eksperimentom koristeći bakterije E. coli s različitim prehrambenim potrebama.

Eksperiment se sastojao od soja A koji raste u minimalnom mediju s metioninom i biotinom i soja B koji je rastao samo u okruženjima s treoninom, leucinom i tiaminom. Drugim riječima, svaki je soj nosio mutaciju koja ga je spriječila da sintetizira ove spojeve, zbog čega su morali biti sintetizirani u kulturi.

Kad su kolonije bile u kontaktu nekoliko sati, pojedinci su stekli sposobnost sinteze hranjivih sastojaka koje prethodno nisu mogli. Tako su Lederberg i Tatum pokazali da postoji proces razmjene DNK sličan seksualnoj reprodukciji i nazvali su to konjugacijom.

Konjugacija

Proces konjugacije odvija se preko mostovne strukture koja se zove seksualni pili, a koja fizički veže dvije bakterije zajedno i omogućava im razmjenu DNK.

Kako bakterije nemaju seksualni dimorfizam, ne možemo govoriti o mužjacima i ženama. Međutim, samo jedna vrsta može proizvesti pili, a oni imaju posebne fragmente DNK koji se nazivaju faktor F, radi "plodnosti". Faktor F posjeduje gene za proizvodnju pilija.

DNA uključena u razmjenu nije dio pojedinačnog bakterijskog kromosoma. Umjesto toga, to je izolirani kružni dio nazvan plazmid, koji ima vlastiti replikacijski sustav.

transformacija

Pored konjugacije, postoje i drugi procesi u kojima bakterije mogu dobiti dodatnu DNA, a karakteriziraju ih jednostavnijim od konjugacije. Jedna od njih je transformacija, koja se sastoji od uzimanja gole DNK iz vanjskog okruženja. Ovaj egzogeni fragment DNA može se integrirati u bakterijski kromosom.

Mehanizam transformacije ulazi u pojam seksualne reprodukcije. Iako su bakterije uzimale slobodnu DNK, ovaj genetski materijal mora potjecati iz drugog organizma - na primjer, bakterija koja je umrla i svoju DNK ispuštala u okoliš.

sstanično

Treći i posljednji poznati mehanizam bakterija za dobivanje strane DNA je transdukcija. To podrazumijeva sudjelovanje virusa koji inficira bakterije: bakteriofage.

U transdukciji virus uzima dio bakterijske DNK i kad inficira bakterijom, razlika može taj fragment prenijeti na njega. Neki autori koriste izraz "paraseksualni događaji" za označavanje ova tri mehanizma.

Evolucijska perspektiva

Sveprisutnost seksualne reprodukcije u organizmima izvanredna je činjenica. Stoga je jedno od najvećih pitanja u evolucijskoj biologiji zašto je seks rasprostranjen na toliko mnogo linija ako je to energetski skupa aktivnost, a u nekim slučajevima čak i opasna.

Sumnja se da su selektivne sile koje su stvorile seksualnu reprodukciju u eukariota iste one koje održavaju paraseksualne procese opisane za bakterije.

Seks troškovi

U svjetlu evolucije, pojam "uspjeh" odnosi se na sposobnost pojedinca da svoj gen prenese na sljedeću generaciju. Paradoksalno je da je seks proces koji u potpunosti ne zadovoljava ovu definiciju, budući da ima niz troškova povezanih s reprodukcijom.

Seksualna reprodukcija uključuje pronalazak partnera i taj zadatak u većini slučajeva nije beznačajan. U ovo nastojanje treba uložiti ogromnu količinu vremena i energije koja će odrediti uspjeh potomstva - u smislu pronalaženja "idealnog partnera".

Životinje prikazuju niz rituala kako bi probudile svoje potencijalne prijatelje i u nekim slučajevima se moraju boriti izlaganjem vlastitog života kako bi postigle kopulaciju.

Čak i na staničnoj razini, seks je skup, budući da podjela na mejozu traje mnogo duže od mitoze. Pa zašto se većina eukariota reproducira seksualno?

Postoje dvije temeljne teorije. Jedna se odnosi na staničnu fuziju kao mehanizam za horizontalni prijenos "sebičnog" genetskog elementa, dok druga teorija predlaže rekombinaciju kao mehanizam popravljanja DNA. U nastavku ćemo opisati prednosti i nedostatke svake teorije:

Prednosti seksa

Da bismo odgovorili na to pitanje, moramo se usredotočiti na moguće prednosti seksualne reprodukcije u prvih eukariota.

Spajanje gameta u tvorbu zigote dovodi do kombinacije dva različita genoma koji su sposobni nadoknaditi moguće neispravne gene u jednom genomu s normalnom kopijom drugog.

Na primjer, ljudi nasljeđujemo jedan primjerak od svakog roditelja. Ako od majke naslijedimo neispravan gen, normalan gen od našeg oca to može nadoknaditi (u takvom slučaju da patologija ili bolest predstavljaju samo homozigotni recesivni).

Druga teorija - ne tako intuitivna kao prva - predlaže da mejoza djeluje kao mehanizam popravljanja u DNK. Oštećenja genetskog materijala problem su s kojim se moraju suočiti svi organizmi. Međutim, postoje organizmi koji se razmnožavaju samo aseksualno i njihova DNK nije osobito oštećena.

Druga hipoteza otkriva da je seks možda evoluirao kao parazitska prilagodba između sebičnih genetskih elemenata, kako bi se mogao distribuirati u druge genetske rodove. Sličan mehanizam je dokazan u E. coli.

Iako su moguća objašnjenja, evolucija seksa predmet je žestoke rasprave među evolucijskim biolozima.

Seksualni izbor

Seksualni odabir koncept je uveo Charles Darwin, a primjenjiv je samo na populaciju koja se reproducira seksualno. Koristi se za objašnjenje prisutnosti ponašanja, struktura i drugih svojstava čije postojanje nije moguće zamisliti prirodnim odabirom.

Na primjer, vrlo šareno i pomalo "pretjerano" šljiva pauna ne daje izravnu korist pojedincu, jer ga čini vidljivijim potencijalnim grabežljivcima. Nadalje, prisutan je samo u mužjaka.

Reference

1. Colegrave, N. (2012). Evolucijski uspjeh seksa: Serija Science & Society o seksu i znanosti. EMBO Izvješća, 13 (9), 774-778.
2. Vrana, JF (1994). Prednosti seksualne reprodukcije. Razvojna genetika, 15 (3), 205-213.
3. Freeman, S., i Herron, JC (2002). Evolucijska analiza Dvorana Prentice.
4. Goodenough, U., i Heitman, J. (2014). Podrijetlo eukariotske seksualne reprodukcije. Perspektive hladne proljetne luke u biologiji, 6 (3), a016154.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrirani principi zoologije. New York: McGraw-Hill.
6. Leonard, J., i Córdoba-Aguilar, A. (ur.). (2010). Evolucija primarnih seksualnih likova u životinjama. Oxford University Press.
7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Seksualna reprodukcija u životinja i biljaka. Springer-Verlag GmbH.