SEKSUEL REPRODUKTION: EGENSKABER, TYPER, PLANTER, DYR - BIOLOGI - 2025

Den seksuelle reproduktion er multiplikation af individer fra to forældre af forskellige køn: mand og kvinde - undtagen når der henvises til seksuel reproduktion i bakterier eller protoser, hvor der ikke skelnes mellem køn. Det er en udbredt proces i eukaryote organismer.

Hvert individ, der deltager i seksuel reproduktion, producerer en type specialiserede kimlinjeceller: sæd og æg. Disse er forårsaget af en type specialiseret celledeling, kaldet meiose. Denne begivenhed er den afgørende forskel mellem aseksuel og seksuel reproduktion.

Kilde: Af Manojiritty, fra Wikimedia Commons

Processen begynder med foreningen af ​​to gameter, der giver anledning til en zygote. Senere giver zygoten et nyt individ med begge foreldres egenskaber og med visse unikke egenskaber.

På grund af processens allestedsnærværende, udleder vi, at seksuel reproduktion indebærer en række fordele frem for aseksuel reproduktion. Imidlertid er de mulige ulemper ved seksuel reproduktion mere synlige: tiden og energien, der er investeret i søgen efter kammerater, konkurrencen om hunner, produktionsomkostningerne hos gameter, der ikke befrugtes, blandt andre.

Omkostningerne ser ud til at være meget høje, så de skal have betydelige fordele for at hjælpe med at udligne det. Fordelene ved seksuel reproduktion har været genstand for kontrovers og debat blandt evolutionære biologer.

En hypotese antyder, at seksuel reproduktion er gavnlig, da den producerer sorter, der i tider med miljøændringer kan være gavnlige for arten. Faktisk er produktionen af ​​genetisk variation en af ​​fordelene, der tilskrives sex.

På den anden side foreslår nogle forskere, at seksuel reproduktion, specifikt rekombination, er blevet valgt som en DNA-reparationsmekanisme. Forekomsten af ​​sex på trods af omkostningerne er imidlertid stadig ukendt.

Generelle karakteristika

Sex er et komplekst fænomen, der varierer meget blandt eukaryote taxaer. Generelt kan vi forstå det som en proces, der involverer tre trin: fusion af to haploide kerner, fænomenet rekombination, der producerer nye genotyper, og opdelingen af ​​diploide celler til dannelse af haploide kerner.

Fra dette synspunkt afhænger sex i eukaryoter af en livscyklus, hvor diploide celler skal opdeles ved meiose. Denne meiotiske opdelingsproces er ansvarlig for distribution af det genetiske materiale fra fremtidige gameter.

Meiosis sigter mod at adskille homologe kromosomer på en sådan måde, at hvert gamet har halvdelen af ​​de somatiske kromosomer. Foruden at reducere den genetiske belastning, sker der i meiose udveksling af materiale mellem ikke-søster-kromatider, hvilket producerer helt nye kombinationer.

kønsceller

Gameter er kønscellerne fra organismer, der genereres af meiose og indeholder halvdelen af ​​den genetiske belastning, dvs. de er haploide.

Gameter varierer i både planter og dyr og klassificeres i tre grundlæggende kategorier afhængigt af deres størrelse og relative mobilitet: isogamy, anisogamy og oogamy.

Isogamy er en form for seksuel reproduktion, hvor gameterne, der smelter sammen for at give anledning til det nye individ, er identiske i størrelse, mobilitet og struktur. Isogami er hovedsageligt repræsenteret i planter.

I modsætning hertil består anisogami af foreningen af ​​to gameter, der adskiller sig i størrelse og struktur. En bestemt type anisogami er oogamy, hvor de mandlige gameter er relativt små i størrelse og rigelige i antal. De kvindelige er meget mere iøjnefaldende og produceres i færre antal.

Seksuel reproduktion hos dyr

I dyreriget er seksuel reproduktion et vidt udbredt fænomen blandt gruppemedlemmer.

Næsten alle hvirvelløse dyr og hvirveldyr besidder kønnene i separate organismer - det vil sige, at vi kan skelne en mandlig og en kvindelig person i en art. Denne tilstand kaldes dioecious, et udtryk stammet fra de græske rødder "to huse"

I modsætning hertil er der visse mindre talrige arter, hvis køn er til stede i samme person kaldet monoecious: ”et hus”. Disse dyr er også kendt som hermafroditter.

Forskellen mellem kønnene er ikke givet ved morfologiske karakteristika for størrelse eller farve, men af ​​den type gameter, som hvert køn producerer.

Hunnene producerer ægløsning, kendetegnet ved deres store størrelse og deres ubevægelighed. Sperm produceres på den anden side af mænd i større mængde, de er meget mindre og har specielle strukturer til at bevæge og befrugte æg.

Derefter beskriver vi de typiske seksuelle organer hos dyr, og derefter detaljerer vi reproduktionsprocessen i hver dyregruppe.

Strukturer forbundet med reproduktion

De specialiserede celler til seksuel reproduktion - æg og sædceller - produceres i specifikke væv kaldet gonader.

Hos mænd er testiklerne ansvarlige for produktionen af ​​sædceller, mens de kvindelige gameter dannes i æggestokkene.

Gonader betragtes som de primære seksuelle organer. Tilbehør til seksuelle organer er til stede i en vigtig gruppe metazoaner, der er ansvarlige for at modtage og overføre æg og sæd. Hos hunner finder vi vagina, livmorrør eller æggeleder og livmoderen, mens der hos mænd er penis.

Poriferous

Porifers er almindeligt kendt som svampe og kan reproducere både seksuelt og aseksuelt. I de fleste arter forekommer produktion af mandlige og kvindelige gameter hos et enkelt individ.

Choanocytter er en bestemt type celle i denne afstamning, som kan omdannes til sædceller. I andre grupper kan gameterne være afledt af arkæocytter.

Mange arter er livlige, hvilket indikerer, at zygoten efter befrugtningsfænomenet bevares af forældrenes organisme, indtil frigivelsen af ​​en larve forekommer. Hos disse arter frigøres sædcellen i vandet og optages af en anden svamp.

cnidarianer

Cnidarians er marine organismer, der inkluderer vandmænd og lignende. Disse dyr har to morfologier: den første er polyppen og er kendetegnet ved en forsigtig livsstil, mens den anden er vandmændene, der er i stand til at bevæge sig og flyde.

Polypper gengiver generelt aseksuelt ved spirende eller fission processer. Maneten er stødende og reproducerer sig seksuelt. Livscyklussen i denne gruppe er meget variabel.

Acelomorphs og flatworms

Flatworms, såsom planarier, er primært kendt for deres evne til at regenerere og producere flere kloner aseksuelt fra et enkelt individ.

De fleste af disse vermiforme dyr er ensartede. De leder dog efter en partner til at gennemføre krydsbefrugtningen.

Det mandlige reproduktive system inkluderer adskillige testikler og en papilla-lignende struktur, der ligner peniserne hos komplekse hvirveldyr.

Bløddyr og annelider

De fleste bløddyr er stødende, og deres reproduktion giver anledning til en frit svømmende larve kaldet trocófera (meget lig larverne der findes i ringformet) og varierer afhængigt af arter af bløddyr.

Tilsvarende har annelider separate køn, og i nogle har de gonader, der vises midlertidigt.

leddyr

Leddyr er en ekstremt mangfoldig gruppe af dyr, kendetegnet ved et eksoskelet bestående af chitin og sammenføjede vedhæng. Denne afstamning inkluderer myriapoder, chelicerater, krebsdyr og hexapoder.

Kønene er generelt adskilt, organerne, der er specialiserede i reproduktion, vises parvis. De fleste af arterne har intern befrugtning. De kan være oviparøse, ovoviviparøse eller livlige.

pighuder

Pighudfisker inkluderer søstjerner, søkomkager, søpindsvin og lignende. Selvom der er nogle hermaphrodite-arter, er de fleste kendetegnet ved at have separate køn. Gonaderne er store strukturer, kanalerne er enkle, og der er ingen detaljerede kopulatoriske organer.

Befrugtning forekommer eksternt og en bilateral larve udvikler sig, der kan bevæge sig frit i vandmassen. Nogle arter har direkte udvikling.

chordater

De fleste af kønnene er adskilte. I denne gruppe finder vi mere komplekse organer til reproduktion. Hver køn har gonader med kanaler, der dirigerer deres produkter til en cloaca eller til en særlig åbning beliggende nær anus. Afhængig af gruppen kan befrugtning være ekstern eller intern.

Parthenogenese hos dyr

Parthenogenesis er et fænomen, der er bredt repræsenteret i dyreriget, hovedsageligt i hvirvelløse dyr og nogle hvirveldyr, hvilket tillader generering af et nyt individ med kun én forælder. Selvom det er en form for aseksuel reproduktion, betragtes visse typer parthenogenese som typer af seksuel reproduktion.

Ved meiotisk parthenogenese dannes et æg ved meiose og kan eller måske ikke befrugtes af sæd fra en mand.

I nogle tilfælde skal ægene aktiveres af det mandlige kønspelet. I dette tilfælde er der ingen fusion af begge kerner, da det genetiske materiale fra sæden kasseres.

I nogle arter kan æg imidlertid udvikle sig spontant uden behov for aktiveringsprocessen.

Seksuel reproduktion i planter

Analogt med dyrene kan planter gennemgå seksuel reproduktion. Det består af foreningen af ​​to haploide gameter, der vil give anledning til et nyt individ med unikke genetiske egenskaber.

Planten kan have de mandlige og kvindelige organer i et enkelt individ, eller de kan adskilles. I agurk og mælkeagtig adskilles kønnene, mens kønnene i roser og petunier er sammen.

Blomsten

Orgelet med ansvar for processerne med seksuel reproduktion er blomsterne. Disse specialiserede strukturer har regioner, der ikke deltager direkte i reproduktion: calyx og corolla, og seksuelt aktive strukturer: androecium og gynoecium.

Androecium er det mandlige reproduktive organ, der er sammensat af en stemning, som igen er opdelt i et glødetråd og en anther. Denne sidste region er ansvarlig for produktionen af ​​pollenkorn.

Gynoeciumet er det kvindelige blomsterorgan og består af enheder kaldet karper. Strukturen ligner en langstrakt "dråbe" og er opdelt i stigmatisering, stil og endelig æggestokk.

bestøvning

Processen med seksuel reproduktion i planter foregår hovedsageligt gennem pollinering, der består af transport af pollenkorn fra anther til stigma.

Pollination kan forekomme i den samme blomst (pollenkornene går til det kvindelige organ af den samme plante), eller det kan være kryds, hvor pollenkornen befrugter et andet individ.

I de fleste planter er et dyrs indgreb nødvendigt for at udføre pollination. Disse kan være hvirvelløse dyr såsom bier eller andre insekter eller hvirveldyr såsom fugle og flagermus. Planten tilbyder pollinatoren nektaren som en belønning, og de har ansvaret for at sprede pollen.

De blomsterstrukturer, der ikke deltager direkte i reproduktionen, er corolla og calyx. Disse er modificerede blade, i mange tilfælde med lyse og pulserende farver, der er ansvarlige for visuelt eller kemisk at tiltrække den potentielle pollinator.

Tilsvarende kræver nogle planter ikke dyrbestøvning og bruger vind eller vand til at sprede pollen.

Gødning, frø og frugt

Processen begynder med ankomsten af ​​pollenkornene til stigmaet i blomsten. Disse rejser med stil, indtil de finder æggestokken.

Dobbelt befrugtning er typisk for blomstrende planter og unik blandt alle organismer. Fænomenet forekommer som følger: en spermecelle forenes med en æg og en anden kerner af sædceller smelter sammen med et diploidembryo fra sporofytten.

Resultatet af denne usædvanlige befrugtningsbegivenhed er en trioploid endosperm, der vil fungere som et nærende væv til udvikling af organismen. Når den vellykkede modning af ægløsning finder sted, omdannes de til frøene. Frugten dannes derimod af de modne æggestokke.

Frugten kan klassificeres som enkel, hvis den kommer fra en moden æggestokk og tilsættes, hvis den udvikler sig fra flere æggestokke, f.eks. Jordbær.

Seksuel reproduktion i bakterier

Bakterier er primært kendt for deres evne til at reproducere aseksuelt.

I denne prokaryotiske afstamning er et individ i stand til at dele i to ved en proces kaldet binær fission. Der er dog en række mekanismer i bakterier, der minder om seksuel reproduktion, da der er en udveksling af genetisk materiale.

Indtil midten af ​​1940'erne blev det antaget, at bakterier udelukkende reproduceredes aseksuelt. Forskerne Joshua Lederberg og Edward Tatum modbeviste imidlertid denne tro gennem et genialt eksperiment, der brugte E. coli-bakterierne med forskellige diætkrav som model.

Eksperimentet bestod af en stamme A, der voksede i minimalt medium med methionin og biotin, og en stamme B, der kun voksede i miljøer med threonin, leucin og thiamin. Med andre ord, hver stamme bar en mutation, der forhindrede den i at syntetisere disse forbindelser, derfor måtte de syntetiseres i kulturmediet.

Når kolonierne var i kontakt i et par timer, erhvervede individerne evnen til at syntetisere næringsstoffer, som de tidligere ikke kunne. Således demonstrerede Lederberg og Tatum, at der var en DNA-udvekslingsproces, der ligner seksuel reproduktion og kaldte det konjugation.

konjugation

Konjugationsprocessen finder sted gennem en brolignende struktur, kaldet den seksuelle pili, der fysisk binder to bakterier sammen og giver dem mulighed for at udveksle DNA.

Da bakterier ikke har seksuel dimorfisme, kan vi ikke tale om mænd og kvinder. Imidlertid kan kun én type producere pili, og de har specielle DNA-fragmenter, der kaldes faktor F, til "fertilitet". Faktor F besidder generne til pili-produktion.

DNA'et, der er involveret i udvekslingen, er ikke en del af det enkelte bakteriekromosom. I stedet er det en isoleret cirkulær del kaldet et plasmid, som har sit eget replikationssystem.

Transformation

Ud over konjugering er der andre processer, hvor bakterierne kan opnå ekstra DNA og er kendetegnet ved at være enklere end konjugering. En af dem er transformation, der består af at tage nøgen DNA fra det ydre miljø. Dette eksogene DNA-fragment kan integreres i bakteriekromosomet.

Transformationsmekanismen indgår i begrebet seksuel reproduktion. Selvom bakterierne tog gratis DNA, måtte dette genetiske materiale komme fra en anden organisme - for eksempel en bakterie, der døde og frigav sit DNA i miljøet.

Transduktion

Den tredje og sidst kendte mekanisme i bakterier til opnåelse af fremmed DNA er transduktion. Dette indebærer deltagelse af en virus, der inficerer bakterier: bakteriofager.

Ved transduktion tager en virus en del af bakterielt DNA, og når den inficerer en bakterie, kan en forskel overføre dette fragment til det. Nogle forfattere bruger udtrykket "parasexuelle begivenheder" til at henvise til disse tre mekanismer.

Evolutionsperspektiv

Tilstedeværelsen af ​​seksuel reproduktion i organismer er en bemærkelsesværdig kendsgerning. Derfor er et af de største spørgsmål inden for evolutionær biologi, hvorfor sex er spredt over så mange linjer, hvis det er en energisk dyr aktivitet - og i nogle tilfælde endda farlig.

Det mistænkes for, at de selektive kræfter, der har oprindelse i seksuel reproduktion i eukaryoter, er de samme som opretholder de parasexuelle processer beskrevet for bakterier.

Sex koster

I lyset af evolution refererer udtrykket "succes" til individets evne til at videregive deres gener til den næste generation. Paradoksalt nok er sex en proces, der ikke helt opfylder denne definition, da en række omkostninger forbundet med reproduktion.

Seksuel reproduktion involverer at finde en kammerat, og i de fleste tilfælde er denne opgave ikke triviel. En enorm mængde tid og energi skal investeres i denne bestræbelse, som vil bestemme afkomets succes - med hensyn til at finde "den ideelle makker."

Dyrene viser en række ritualer for at øse deres potentielle kammerater, og i nogle tilfælde skal de kæmpe for at udsætte deres eget liv for at opnå copulation.

Selv på celleniveau er sex dyrt, da deling ved meiose tager meget længere tid end mitose. Så hvorfor gengiver de fleste eukaryoter seksuelt?

Der er to grundlæggende teorier. Den ene er relateret til cellefusion som en mekanisme til horisontal transmission af et "egoistisk" genetisk element, mens den anden teori foreslår rekombination som en DNA-reparationsmekanisme. Nedenfor beskriver vi fordele og ulemper ved hver teori:

Sexfordele

For at besvare dette spørgsmål skal vi fokusere på de mulige fordele ved seksuel reproduktion i de første eukaryoter.

Fusionen af ​​gameter til dannelse af en zygote fører til en kombination af to forskellige genomer, der er i stand til at kompensere for mulige defekte gener i det ene genom med en normal kopi af det andet.

Hos mennesker arver vi for eksempel en kopi fra hver forælder. Hvis vi arver et defekt gen fra vores mor, kan det normale gen fra vores far kompensere for det (i et sådant tilfælde, at patologien eller sygdommen kun optræder som homozygot recessiv).

En anden teori - ikke så intuitiv som den første - foreslår, at meiose fungerer som en reparationsmekanisme i DNA. Skade på genetisk materiale er et problem, som alle organismer skal møde. Der er dog organismer, der kun formerer sig aseksuelt, og deres DNA er ikke særlig beskadiget.

En anden hypotese siger, at sex kan have udviklet sig som en parasitisk tilpasning mellem egoistiske genetiske elementer for at blive distribueret til andre genetiske linjer. En lignende mekanisme er blevet påvist i E. coli.

Selvom der er mulige forklaringer, er udviklingen af ​​køn genstand for ophedet debat blandt evolutionære biologer.

Seksuel udvælgelse

Seksuel udvælgelse er et koncept introduceret af Charles Darwin, der kun gælder for seksuelt reproducerende populationer. Det bruges til at forklare tilstedeværelsen af ​​adfærd, strukturer og andre attributter, hvis eksistens ikke kan udtænkes ved naturlig udvælgelse.

For eksempel giver den meget farverige og noget "overdrevne" fjerdragt af påfugle ikke direkte fordele for individet, da det gør det mere synligt for potentielle rovdyr. Desuden er den kun til stede hos mænd.

Referencer

1. Colegrave, N. (2012). Den evolutionære succes for sex: Science & Society Series on Sex and Science. EMBO-rapporter, 13 (9), 774-778.
2. Crow, JF (1994). Fordele ved seksuel reproduktion. Udviklingsgenetik, 15 (3), 205-213.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evolutionsanalyse. Prentice Hall.
4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Originer af eukaryot seksuel reproduktion. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, 6 (3), a016154.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrerede zoologiske principper. New York: McGraw-Hill.
6. Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (Eds.). (2010). Udviklingen af ​​primære seksuelle karakterer hos dyr. Oxford University Press.
7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Seksuel reproduktion hos dyr og planter. Springer-Verlag GmbH.