SEKSUĀLĀ REPRODUKCIJA: RAKSTUROJUMS, VEIDI, AUGI, DZĪVNIEKI - BIOLOĢIJA - 2025

Seksuālā reproducēšana ir pavairošana indivīdu no divām vecākiem dažādu dzimumu: vīriešu un sieviešu - izņemot gadījumus, kad atsaucoties uz seksuālo reproducēšanu baktērijas vai protozoans, kur atrodas nav atšķirība dzimuma. Tas ir plaši izplatīts process eikariotu organismos.

Katrs indivīds, kas piedalās seksuālajā reprodukcijā, ražo noteikta veida specializētās dzimumšūnu šūnas: spermu un olšūnas. To cēlonis ir specializēts šūnu dalījums, ko sauc par mejozi. Šis notikums ir izšķirošā atšķirība starp aseksuālu un seksuālu reprodukciju.

Avots: Autors Manojiritty, no Wikimedia Commons

Process sākas ar divu gametu apvienošanu, kas rada zigotu. Vēlāk zigota rada jaunu indivīdu ar abu vecāku īpašībām un ar noteiktām unikālām īpašībām.

Procesa visuresamības dēļ mēs secinām, ka seksuālajai reprodukcijai ir virkne priekšrocību salīdzinājumā ar aseksuālu reprodukciju. Tomēr seksuālās reprodukcijas iespējamie trūkumi ir vairāk pamanāmi: laiks un enerģija, kas ieguldīta domubiedru meklējumos, sieviešu konkurence, neapstrādātu gametu ražošanas izmaksas, cita starpā.

Izmaksas, šķiet, ir ļoti augstas, tāpēc tām ir jābūt būtiskām priekšrocībām, lai palīdzētu to kompensēt. Par seksuālās reprodukcijas priekšrocībām ir diskutēts un diskutēts evolūcijas biologu starpā.

Viena hipotēze liecina, ka seksuālā reprodukcija ir izdevīga, jo tā rada šķirnes, kas vides izmaiņu laikā varētu būt labvēlīgas sugai. Faktiski ģenētiskās mainības iegūšana ir viena no priekšrocībām, ko piešķir seksam.

No otras puses, daži pētnieki ierosina, ka seksuālā reprodukcija, īpaši rekombinācija, ir izvēlēta par DNS atjaunošanas mehānismu. Tomēr seksa izplatība, neraugoties uz tā izmaksām, joprojām nav zināma.

Vispārīgais raksturojums

Sekss ir sarežģīta parādība, kas ļoti atšķiras dažādos eikariotu taksonos. Kopumā mēs to varam saprast kā procesu, kas ietver trīs posmus: divu haploīdu kodolu saplūšanu, rekombinācijas fenomenu, kas rada jaunus genotipus, un diploīdu šūnu dalīšanu, veidojot haploīdus kodolus.

No šī viedokļa dzimums eikariotos ir atkarīgs no dzīves cikla, kurā diploīdās šūnas jāsadala ar mejozes palīdzību. Šis meiotiskās dalīšanas process ir atbildīgs par nākamo gametu ģenētiskā materiāla izplatīšanu.

Mejozes mērķis ir atdalīt homologās hromosomas tā, lai katrā gametā būtu puse no somatiskajām hromosomām. Papildus ģenētiskās slodzes samazināšanai mejozes gadījumā notiek arī apmaiņa starp hromatīdiem, kas nav māsas, iegūstot pilnīgi jaunas kombinācijas.

Gametes

Gametes ir organismu dzimumšūnas, kuras ģenerē meioze un satur pusi no ģenētiskās slodzes, tas ir, tās ir haploīdas.

Gametes ir atšķirīgas gan augos, gan dzīvniekos, un atkarībā no to lieluma un relatīvās mobilitātes tiek iedalītas trīs pamatkategorijās: izogamija, anisogamija un oogāmija.

Izgamija ir seksuālās reprodukcijas veids, kurā dzimumšūnas, kas saplūst, lai radītu jaunu indivīdu, ir identiskas pēc lieluma, mobilitātes un struktūras. Izomāmija tiek pārstāvēta galvenokārt augos.

Turpretī anisogamija sastāv no divu gametu savienības, kas atšķiras pēc lieluma un struktūras. Viens īpašs anizāmijas veids ir oogāmija, kurā vīriešu dzimumšūnas ir salīdzinoši mazas un bagātīgas. Sievietes ir daudz pamanāmākas, un to ražo mazāk.

Seksuāla reprodukcija dzīvniekiem

Dzīvnieku valstībā seksuāla reprodukcija ir plaši izplatīta parādība starp grupas dalībniekiem.

Gandrīz visiem bezmugurkaulniekiem un mugurkaulniekiem ir dzimums atsevišķos organismos - tas ir, sugu mēs varam atšķirt vīriešu un sieviešu dzimuma indivīdi. Šo stāvokli sauc par divmāju, terminu, kas cēlies no grieķu saknēm “divas mājas”

Turpretī ir dažas mazāk sugas, kuru dzimums ir sastopams tajā pašā indivīdā, ko sauc par vienvienīgo: “māja”. Šie dzīvnieki ir pazīstami arī kā hermafrodīti.

Atšķirību starp dzimumiem nenosaka lieluma vai krāsas morfoloģiskās īpašības, bet gan dzimumšūnu tips, ko katrs dzimums rada.

Mātītes rada olšūnas, kurām raksturīgs liels izmērs un nekustīgums. No otras puses, spermu vīrieši ražo lielākā daudzumā, tie ir daudz mazāki un tiem ir īpašas struktūras, lai pārvietotu un apaugļotu olšūnu.

Tālāk mēs aprakstīsim tipiskos dzīvnieku dzimumorgānus, un tad mēs detalizēti aprakstīsim reprodukcijas procesu katrā dzīvnieku grupā.

Ar reprodukciju saistītas struktūras

Specializētās seksuālās reprodukcijas šūnas - olas un sperma - tiek ražotas specifiskos audos, ko sauc par dzimumdziedzeriem.

Vīriešiem sēklinieki ir atbildīgi par spermas ražošanu, savukārt sieviešu dzimuma gametas veidojas olnīcās.

Dzimumdziedzeri tiek uzskatīti par primārajiem dzimumorgāniem. Papildu seksuālie orgāni atrodas svarīgā metazoānu grupā, kas ir atbildīga par olšūnu un spermas saņemšanu un pārsūtīšanu. Sievietēm mēs atrodam maksts, dzemdes caurulītes vai olvadus un dzemdi, bet vīriešiem dzimumlocekli.

Porains

Biezputrus parasti sauc par sūkļiem un tie var vairoties gan seksuāli, gan aseksuāli. Lielākajā daļā sugu vīriešu un sieviešu dzimuma gametas veidojas vienā indivīdā.

Choanocytes ir īpašs šīs cilmes šūnu tips, kas var pārveidoties par spermu. Citās grupās gametas var iegūt no arheocītiem.

Daudzas sugas ir ļoti daudzveidīgas, un tas norāda, ka pēc apaugļošanas vecāku organisms zigotu saglabā līdz brīdim, kad notiek kāpura izdalīšanās. Šajās sugās spermu izlaiž ūdenī un uzņem ar citu sūkli.

Cnidarians

Cnidarians ir jūras organismi, kas ietver medūzas un tamlīdzīgus. Šiem dzīvniekiem ir divas morfoloģijas: pirmais ir polips un tam raksturīgs nesamākslīgs dzīvesveids, bet otrais ir medūzas, kas spēj kustēties un peldēt.

Polipi parasti aseksiski vairojas, veidojot vai daloties. Medūzai ir divvientulība un tā reprodukcija notiek seksuāli. Dzīves cikls šajā grupā ir ļoti mainīgs.

Acelomorfi un plakanie tārpi

Plakanie tārpi, piemēram, planāriji, galvenokārt ir pazīstami ar spēju reģenerēt un no viena indivīda aseksiski ražot vairākus klonus.

Lielākā daļa no šiem vermiformajiem dzīvniekiem ir viencilvēki. Tomēr viņi meklē partneri, lai veiktu savstarpēju apaugļošanu.

Vīriešu reproduktīvā sistēma ietver vairākus sēkliniekus un papillai līdzīgu struktūru, kas līdzīga sarežģītu mugurkaulnieku dzimumlocekļiem.

Gliemenes un annelīdi

Lielākajai daļai gliemju ir divkāju un to pavairošana rada brīvi peldošu kāpuru, ko sauc par trocófera (ļoti līdzīgu kāpuriem, kas atrodas annelīdās), un tas mainās atkarībā no gliemju sugām.

Tāpat annelīdiem ir atsevišķs dzimums, un dažos tiem ir dzimumdziedzeri, kas uz laiku parādās.

Posmkāji

Posmkāji ir ārkārtīgi daudzveidīga dzīvnieku grupa, kam raksturīgs eksoskelets, kas sastāv no hitīna un locītavām. Šajā ciltsvietā ietilpst miriapodi, chelicerāti, vēžveidīgie un heksapodi.

Dzimumi parasti tiek nošķirti, reproduktīvie orgāni parādās pāros. Lielākajai daļai sugu ir iekšēja apaugļošanās. Tie var būt olšūnu, olveida vai divpusēji.

Adatādaiņiem

Uz adatādaiņiem pieder jūras zvaigzne, jūras gurķi, jūras eži un tamlīdzīgi. Lai arī ir dažas hermafrodītu sugas, lielākajai daļai to ir raksturīgi atsevišķi dzimumi. Dzimumdziedzeri ir lielas struktūras, kanāli ir vienkārši, un nav sarežģītu kopulācijas orgānu.

Mēslošana notiek ārēji un attīstās divpusēja kūniņa, kas var brīvi pārvietoties ūdenstilpē. Dažām sugām ir tieša attīstība.

Chordates

Lielākā daļa dzimumu ir atsevišķi. Šajā grupā mēs atrodam sarežģītākus reprodukcijas orgānus. Katram dzimumam ir dzimumdziedzeri ar kanāliem, kas šo produktu produktus novirza uz kloaku vai uz kādu īpašu atveri, kas atrodas netālu no tūpļa. Atkarībā no grupas mēslošana var būt ārēja vai iekšēja.

Partenoģenēze dzīvniekiem

Partenoģenēze ir parādība, kas plaši pārstāvēta dzīvnieku valstībā, galvenokārt bezmugurkaulniekiem un dažiem mugurkaulniekiem, kas ļauj radīt jaunu indivīdu ar vienu vecāku. Lai arī tas ir aseksuālas reprodukcijas veids, daži partenoģenēzes veidi tiek uzskatīti par seksuālās reprodukcijas veidiem.

Meiotiskajā partenoģenēzē olšūnu veido meioze, un to var vai nevar apaugļot vīrieša sperma.

Dažos gadījumos olšūnas jāaktivizē vīriešu dzimuma gametā. Šajā gadījumā nav abu kodolu saplūšanas, jo ģenētiskais materiāls no spermas tiek izmests.

Tomēr dažās sugās olšūna var attīstīties spontāni, bez nepieciešamības aktivizēt procesu.

Seksuāla reprodukcija augos

Līdzīgi kā dzīvnieki, augi var tikt seksuāli pavairoti. Tas sastāv no divu haploīdu gametu savienības, kas radīs jaunu indivīdu ar unikālām ģenētiskajām īpašībām.

Auga vīrieša un sievietes orgāni var būt atsevišķā indivīdā, vai arī tos var atdalīt. Gurķos un piena apstākļos dzimumi tiek atdalīti, savukārt rozēs un petūnijās dzimumi ir kopā.

Puķe

Orgāns, kas atbild par seksuālās reprodukcijas procesiem, ir ziedi. Šīm specializētajām struktūrām ir reģioni, kas tieši nepiedalās reprodukcijā: kausiņi un garoza, un seksuāli aktīvās struktūras: androecium un gynoecium.

Androecijs ir vīriešu reproduktīvais orgāns, kas sastāv no putekšņlapām, kuras savukārt ir sadalītas pavedienā un anterī. Šis pēdējais reģions ir atbildīgs par ziedputekšņu graudu ražošanu.

Gynoecium ir sieviešu ziedu orgāns, un to veido vienības, ko sauc par paklājiem. Struktūra ir līdzīga iegarenam “pilienam” un ir sadalīta stigmā, stilā un visbeidzot olnīcā.

Apputeksnēšana

Augu seksuālās reprodukcijas process notiek galvenokārt apputeksnēšanas laikā, kas sastāv no ziedputekšņu graudu pārvadāšanas no putekšnīcas uz stigmu.

Apputeksnēšana var notikt vienā un tajā pašā ziedā (ziedputekšņu graudi nonāk pie viena un tā paša auga sieviešu dzimuma orgāna), vai arī tie var būt sakrustoti, ja ziedputekšņu graudi apaugļo atšķirīgu indivīdu.

Lai veiktu apputeksnēšanu, lielākajā daļā augu ir nepieciešama dzīvnieka iejaukšanās. Tie var būt bezmugurkaulnieki, piemēram, bites vai citi kukaiņi, vai mugurkaulnieki, piemēram, putni un sikspārņi. Augs par atlīdzību piedāvā apputeksnētāju nektāru, un viņi ir atbildīgi par ziedputekšņu izkliedēšanu.

Ziedu struktūras, kas tieši nepiedalās reprodukcijā, ir vainags un kausiņš. Tās ir modificētas lapas, daudzos gadījumos ar spilgtām un spilgtām krāsām, kas vizuāli vai ķīmiski piesaista potenciālo apputeksnētāju.

Tāpat dažiem augiem neprasa dzīvnieku apputeksnētājus un ziedputekšņu izkliedēšanai izmanto vēju vai ūdeni.

Mēslošana, sēklas un augļi

Process sākas ar ziedputekšņu graudu nonākšanu zieda aizspriedumos. Šie ceļo pēc stila, līdz atrod olnīcu.

Divkāršā mēslošana ir raksturīga ziedošiem augiem un unikāla starp visiem organismiem. Šī parādība notiek šādi: spermas kodols apvienojas ar olšūnu, un vēl viens spermas kodols saplūst ar sporofīta diploīdu embriju.

Šī neparastā apaugļošanas procesa rezultāts ir trioploīds endosperms, kas darbosies kā barības audi organisma attīstībai. Pēc veiksmīgas olšūnu nogatavināšanas tās pārvēršas sēklās. No otras puses, augļus veido nobriedušas olnīcas.

Augļus var klasificēt kā vienkāršus, ja tie nāk no nobriedušas olnīcas, un tos var pievienot, ja tie veidojas no vairākām olnīcām, piemēram, piemēram, zemeņu.

Seksuāla reprodukcija baktērijās

Baktērijas galvenokārt ir pazīstamas ar spēju pavairot aseksuāli.

Šajā prokariotu ciltsrakstā indivīds spēj sadalīties divās daļās ar procesu, ko sauc par bināro dalīšanos. Tomēr baktērijās pastāv virkne mehānismu, kas atgādina seksuālo reprodukciju, jo notiek ģenētiskā materiāla apmaiņa.

Līdz 1940. gadu vidum tika uzskatīts, ka baktērijas vairojas tikai aseksuāli. Tomēr pētnieki Džošua Lederbergs un Edvards Tatums šo pārliecību atspēkoja, izmantojot ģeniālu eksperimentu, par paraugu izmantojot E. coli baktērijas ar dažādām uztura prasībām.

Eksperiments sastāvēja no celma A, kas audzēts minimālā barotnē ar metionīnu un biotīnu, un no celma B, kas auga tikai vidēs ar treonīnu, leicīnu un tiamīnu. Citiem vārdiem sakot, katram celmam bija mutācija, kas neļāva sintezēt šos savienojumus, tāpēc tie bija jāsintē barotnē.

Kad kolonijas dažas stundas bija kontaktā, indivīdi ieguva spēju sintezēt barības vielas, kuras viņi iepriekš nespēja. Tādējādi Lederbergs un Tatums pierādīja, ka pastāv DNS apmaiņas process, kas ir līdzīgs seksuālajai reprodukcijai, un sauca to par konjugāciju.

Konjugācija

Konjugācijas process notiek caur tiltam līdzīgu struktūru, ko sauc par seksuālajiem pīliem, kas fiziski saista divas baktērijas kopā un ļauj tām apmainīties ar DNS.

Tā kā baktērijām nav seksuāla dimorfisma, mēs nevaram runāt par vīriešiem un sievietēm. Tomēr tikai viens tips var radīt pili, un viņiem ir speciāli DNS fragmenti, ko sauc par faktoru F, "auglībai". F faktoram ir gēni pili ražošanai.

Apmaiņā iesaistītā DNS neietilpst vienas baktērijas hromosomā. Tā vietā tā ir izolēta apaļa daļa, ko sauc par plazmidu, kurai ir sava replikācijas sistēma.

Pārveidošanās

Papildus konjugācijai ir arī citi procesi, kuros baktērijas var iegūt papildu DNS, un tos raksturo vienkāršāka nekā konjugācija. Viens no tiem ir transformācija, kas sastāv no kailas DNS ņemšanas no ārējās vides. Šo eksogēno DNS fragmentu var integrēt baktēriju hromosomā.

Transformācijas mehānisms nonāk seksuālās reprodukcijas jēdzienā. Lai arī baktērijas paņēma brīvu DNS, šim ģenētiskajam materiālam bija jānāk no cita organisma - piemēram, baktērijas, kas nomira un izlaida savu DNS vidē.

Pārveidošana

Trešais un pēdējais zināmais baktēriju mehānisms svešas DNS iegūšanai ir transdukcija. Tas nozīmē vīrusa, kas inficē baktērijas, piedalīšanos: bakteriofāgus.

Transdukcijā vīruss ņem daļu baktēriju DNS, un, inficējot baktēriju, atšķirība var nodot šo fragmentu tai. Daži autori, lai atsauktos uz šiem trim mehānismiem, izmanto terminu “paraseksuāli notikumi”.

Evolūcijas perspektīva

Seksuālās reprodukcijas visuresamība organismos ir ievērojams fakts. Tāpēc viens no evolūcijas bioloģijas lielākajiem jautājumiem ir tas, kāpēc sekss ir izplatīts tik daudzās ciltssirdēs, ja tā ir enerģētiski dārga darbība - un dažos gadījumos pat bīstama.

Pastāv aizdomas, ka selektīvie spēki, kas izraisīja seksuālu reprodukciju eikariotos, ir tie paši, kas uztur baktērijām aprakstītos paraksualu procesus.

Seksa izmaksas

Ņemot vērā evolūciju, termins "panākumi" attiecas uz indivīda spēju nodot savus gēnus nākamajai paaudzei. Paradoksāli, bet sekss ir process, kas pilnībā neatbilst šai definīcijai, jo ar reprodukciju saistītas vairākas izmaksas.

Seksuālā reprodukcija ir saistīta ar palīga atrašanu, un vairumā gadījumu šis uzdevums nav mazsvarīgs. Šajos centienos ir jāiegulda milzīgs laiks un enerģija, kas noteiks pēcnācēju panākumus - meklējot “ideālo palīgu”.

Dzīvnieki izrāda virkni rituālu, lai bildinātu savus potenciālos biedrus, un dažos gadījumos viņiem jācīnās, pakļaujot savu dzīvību, lai sasniegtu kopāciju.

Pat šūnu līmenī sekss ir dārgs, jo dalīšana ar meiozi prasa daudz ilgāku laiku nekā mitoze. Tātad, kāpēc lielākā daļa eikariotu reproducē seksuāli?

Ir divas pamata teorijas. Viens no tiem ir saistīts ar šūnu saplūšanu kā "savtīga" ģenētiskā elementa horizontālas pārnešanas mehānismu, savukārt otrā teorija ierosina rekombināciju kā DNS atjaunošanas mehānismu. Zemāk mēs aprakstīsim katras teorijas plusus un mīnusus:

Seksa priekšrocības

Lai atbildētu uz šo jautājumu, mums pirmajos eukariotos ir jākoncentrējas uz iespējamiem seksuālās reprodukcijas ieguvumiem.

Smadzeņu saplūšana, veidojot zigotu, noved pie divu dažādu genomu apvienojuma, kas spēj kompensēt iespējamos defektus gēnos vienā genomā ar normālu otra kopiju.

Piemēram, cilvēkiem mēs no viena vecāka pārmantojam vienu eksemplāru. Ja mēs no mātes mantojam nepilnīgu gēnu, parastais gēns no tēva to var kompensēt (tādā gadījumā, ja patoloģija vai slimība ir tikai homozigota recesīva).

Otra teorija - ne tik intuitīva kā pirmā - ierosina mejozi darboties kā DNS atjaunošanas mehānismu. Ģenētiskā materiāla bojājumi ir problēma, ar kuru jāsaskaras visiem organismiem. Tomēr ir organismi, kas vairojas tikai aseksuāli, un to DNS nav īpaši bojāts.

Citā hipotēzē teikts, ka sekss, iespējams, ir attīstījies kā parazītu adaptācija starp savtīgiem ģenētiskiem elementiem, lai tos izplatītu citās ģenētiskajās līnijās. Līdzīgs mehānisms ir pierādīts arī E. coli.

Lai arī ir iespējami izskaidrojumi, dzimuma evolūcija ir izraisījusi karstas debates evolūcijas biologu starpā.

Seksuāla atlase

Seksuālā atlase ir Čārlza Darvina ieviestais jēdziens, kas piemērojams tikai seksuāli reproducējošām populācijām. To lieto, lai izskaidrotu uzvedību, struktūras un citas pazīmes, kuru esamību nevar iedomāties dabiskā atlase.

Piemēram, ļoti krāsainā un nedaudz “pārspīlētā” pāvu apspalvojums nesniedz tiešu labumu indivīdam, jo ​​tas padara to pamanāmāku potenciālajiem plēsējiem. Turklāt tas ir sastopams tikai vīriešiem.

Atsauces

1. Colegrave, N. (2012). Seksa evolūcijas panākumi: seksa un zinātnes seriāls Science & Society. EMBO ziņojumi, 13 (9), 774–778.
2. Crow, JF (1994). Seksuālās reprodukcijas priekšrocības. Attīstības ģenētika, 15 (3), 205–213.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evolūcijas analīze. Prentice zāle.
4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Eukariotu seksuālās reprodukcijas pirmsākumi. Aukstā pavasara ostas perspektīvas bioloģijā, 6 (3), a016154.
5. Hikmans, CP, Roberts, LS, Larsons, A., Obers, WC, & Garrison, C. (2001). Integrēti zooloģijas principi. Ņujorka: Makgreivs.
6. Leonards, Dž., Un Kordoba-Aguilars, A. (Red.). (2010). Primāro seksuālo īpašību evolūcija dzīvniekiem. Oxford University Press.
7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Seksuāla reprodukcija dzīvniekiem un augiem. Springer-Verlag GmbH.