СЕКСУАЛНА РЕПРОДУКЦИЈА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ, БИЉКЕ, ЖИВОТИЊЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Сексуална репродукција је множење појединаца из два родитеља различитог пола: мушки и женски - осим када се односи на сексуалну репродукцију у бактеријама или протозое, гдје је нема разлике секса. То је широко распрострањен процес у еукариотским организмима.

Свака особа која учествује у сексуалној репродукцији производи врсту специјализованих ћелија матичних линија: сперму и јајашце. Ови узроци су врста специјализоване ћелијске деобе, која се назива мејоза. Овај догађај је кључна разлика између асексуалне и сексуалне репродукције.

Извор: Аутор Манојиритти, из Викимедиа Цоммонс

Процес започиње сједињењем две гамете које рађају зиготу. Касније, зигота рађа новог појединца са карактеристикама оба родитеља и са одређеним јединственим карактеристикама.

Због свеприсутности процеса, закључујемо да сексуална репродукција укључује низ предности у односу на асексуалну репродукцију. Међутим, могући су недостаци сексуалне репродукције уочљивији: време и енергија уложени у потрагу за пријатељима, надметање за женке, трошкови производње гамета који се не оплођују, између осталог.

Чини се да су трошкови веома високи, па морају имати значајне предности да би се надокнадили. Предности сексуалне репродукције биле су предмет полемике и расправе међу еволуцијским биолозима.

Једна хипотеза сугерира да је сексуална репродукција корисна, јер производи сорте које би у временима промене животне средине могле да буду корисне за врсту. У ствари, производња генетске варијабилности је једна од предности која се приписује сексу.

С друге стране, неки истраживачи предлажу да се сексуална репродукција, конкретно рекомбинација, изабере као механизам поправке ДНК. Међутим, и поред трошкова, учесталост секса још увек није позната.

Опште карактеристике

Секс је сложен феномен који се широко разликује од еукариотских својти. Уопштено, можемо га схватити као процес који укључује три корака: фузију два хаплоидна језгра, феномен рекомбинације који производи нове генотипове и поделу диплоидних ћелија да би се формирале хаплоидна језгра.

Са ове тачке гледишта, секс у еукариота зависи од животног циклуса у којем се диплоидне ћелије морају делити мејозом. Овај поступак мејотске поделе одговоран је за дистрибуцију генетског материјала будућих гамета.

Циљ мејозе је одвајање хомологних хромозома на начин да свака гамета има половину соматских хромозома. Поред смањења генетског оптерећења, у мејози долази и до размене материјала између не-сестринских хроматид, што ствара потпуно нове комбинације.

Гаметес

Гамете су полне ћелије организама које настају мејозом и садрже половину генетског оптерећења, то јест јесу хаплоидне.

Гамете се разликују у биљкама и животињама и сврставају се у три основне категорије у зависности од њихове величине и релативне покретљивости: изогамија, анисогамија и оогамија.

Изогамија је облик сексуалне репродукције где су гамете које се спајају да би родиле новог појединца идентичне величине, покретљивости и структуре. Изогамија је заступљена углавном у биљкама.

Супротно томе, анисогамија се састоји од спајања две гамете које се разликују по величини и структури. Једна посебна врста анисогамије је оогамија, где су мушке гамете релативно мале величине и обилују бројем. Женке су много уочљивије и производе се у мањем броју.

Сексуална репродукција код животиња

У животињском царству сексуална репродукција је широко распрострањена појава међу члановима групе.

Скоро сви бескраљешњаци и кичмењаци поседују ролове у одвојеним организмима - то јест, у врсти можемо разликовати мушког и женску јединку. Ово стање се назива диоециоус, израз изведен из грчких корена "две куће"

Супротно томе, постоје неке мање бројне врсте чији су сполови присутни код исте јединке која се зове моноециоус: „кућа“. Ове животиње су такође познате као хермафродити.

Разлика између сполова не даје се морфолошким карактеристикама величине или обојења, већ врстом гамета које сваки пол производи.

Женке производе овуле које карактеришу велика величина и непокретност. Сперме, с друге стране, мушкарци производе у већој количини, много су мање и имају посебне структуре за кретање и оплодњу јајца.

Затим ћемо описати типичне сексуалне органе животиња, а затим ћемо детаљно објаснити процес репродукције у свакој животињској групи.

Структуре повезане са репродукцијом

Специјализоване ћелије за сексуалну репродукцију - јајашца и сперме - производе се у специфичним ткивима званим гонаде.

У мужјака су тестиси одговорни за производњу сперме, док се женке гамете формирају у јајницима.

Гонаде се сматрају примарним полним органима. Додатни полни органи присутни су у важној групи метазоана који су одговорни за примање и пренос јајашца и сперме. Код женки налазимо вагину, матернице или јајоводе и матерницу, док код мушкараца постоји пенис.

Порифероус

Порифери су обично познати као сунђери и могу се репродуковати и сексуално и асексуално. У већини врста производња мушких и женских гамета одвија се у једној јединки.

Хоаноцити су посебна врста ћелије ове лозе која се може трансформисати у сперму. У другим групама гамете могу бити изведене из археоцита.

Многе су врсте живахне, што указује да после феномена оплодње родитељски организам зиготу задржава све док не дође до ослобађања ларве. Код ових врста сперма се пушта у воду и преузима друга спужва.

Цнидарианс

Цнидаријани су морски организми који укључују медузе и слично. Ове животиње имају две морфологије: прва је полип и одликује се сестичан начин живота, док је друга медузе која се могу кретати и плутати.

Полипи се размножавају асексуално процесима пупољка или цепљења. Медузе су дволичне и репродуктивно се размножавају. Животни циклус ове групе је веома променљив.

Ацеломорфи и равне глисте

Плодови црви, попут планаријанаца, познати су пре свега по својој способности да регенеришу и производе више клонова асексуално од једне јединке.

Већина тих стаништавих врста су једнородне. Међутим, они траже партнера који ће извршити унакрсну оплодњу.

Мушки репродуктивни систем укључује неколико тестиса и папилолошку структуру сличну пенисима сложених кичмењака.

Шкољке и шкољке

Већина мекушаца је дволична и њихово размножавање доводи до лако пливајуће личинке која се зове троцофера (врло слично личинкама присутним у кокоши) и варира у зависности од врсте мекушаца.

Слично томе, аннелиди имају одвојене полове, а у некима имају и гонаде које се појављују привремено.

Артхроподс

Артхроподс је изузетно разнолика група животиња, коју карактерише егзоскелет састављен од химина и спојених додатака. Ова линија укључује миријаподе, келирате, ракове и шестерокут.

Пол је углавном одвојен, органи специјализовани за репродукцију појављују се у паровима. Већина врста има унутрашњу оплодњу. Они могу бити овипароус, ововивипароус или вивипароус.

Ецхинодермс

Ехинодерме укључују морске звезде, морске краставце, морске јежиће и слично. Иако постоје неке врсте хермафродита, за већину њих је карактеристично да имају одвојен пол. Гонаде су велике грађе, канали су једноставни и не постоје сложени копулациони органи.

Гнојидба се одвија споља и развија се билатерална личинка која се може слободно кретати у водном телу. Неке врсте имају директан развој.

Цхордатес

Већина сполова је одвојена. У овој групи налазимо сложеније органе за репродукцију. Сваки спол има жлијезде с каналима које производе од њих усмјеравају у клоаку или на неки посебан отвор смјештен у близини ануса. Зависно од групе, оплодња може бити спољна или унутрашња.

Партеногенеза код животиња

Партеногенеза је појава која је широко заступљена у животињском царству, углавном код бескраљежњака и неких кичмењака, што омогућава стварање нове јединке са само једним родитељем. Иако се ради о облику асексуалне репродукције, неке врсте партеногенезе сматрају се врстама сексуалне репродукције.

У мејотској партеногенези, јаје се формира мејозом и може или не мора бити оплођено спермом из мушког пола.

У неким случајевима јаја морају активирати мушку полну гамету. У овом случају, нема фузије обе језгре, јер се генетски материјал из сперме одбацује.

Међутим, код неких врста јајник се може спонтано развити без потребе за процесом активације.

Сексуална репродукција у биљкама

Аналогно случају животиња, биљке могу бити подвргнуте сексуалној репродукцији. Састоји се од споја две хаплоидне гамете које ће родити новог јединку са јединственим генетским карактеристикама.

Биљка може имати мушке и женске органе у једној јединки или се могу одвојити. Код краставаца и млека сполови су раздвојени, док су у ружама и петунијама сполови заједно.

Цвет

Органи задужени за процесе сексуалне репродукције су цветови. Ове специјализоване структуре имају регионе који не учествују директно у репродукцији: каликс и чоколада, и сексуално активне структуре: андроецијум и гиноецијум.

Андроецијум је мушки репродуктивни орган састављен од зрнца, који је заузврат подељен на нитну и прашину. Ова последња регија одговорна је за производњу полена зрна.

Гиноециум је женски цветни орган и састоји се од јединица званих царпелс. Структура је слична издуженом „капи“ и дели се на стигму, стил и на крају јајник.

Загађење

Процес сексуалне репродукције у биљкама одвија се углавном путем опрашивања, који се састоји од транспорта полена зрна од прашине до стигме.

Загађење се може десити на истом цвету (полена зрна иду у женски орган исте биљке) или може бити укрштено, где полена зрна оплођују различиту јединку.

У већини биљака интервенција животиње је неопходна за обављање опрашивања. То могу бити бескраљежњаци попут пчела или других инсеката или кичмењака, попут птица и слепих мишева. Биљка нуди опрашивач нектар као награду и они су задужени за распршивање полена.

Цвјетне структуре које не судјелују директно у репродукцији су вијенац и чашица. Ово су модификовано лишће, у многим случајевима ведрих и живих боја, које су одговорне за визуелно или хемијско привлачење потенцијалног опрашивача.

Слично томе, неким биљкама нису потребни опрашивачи животиња и користе ветар или воду за распршивање полена.

Гнојидба, семенке и плодови

Процес започиње доласком полена зрна до стигме цвета. Они путују по стилу док не пронађу јајник.

Двострука гнојидба је типична за цветајуће биљке и јединствена је за све организме. Појава се дешава на следећи начин: језгро сперме спаја се са јајом, а друго језгро сперме спаја се са диплоидним ембрионом спорофита.

Резултат овог несвакидашњег догађаја оплодње је триоплоидни ендосперм који ће деловати као храњиво ткиво за развој организма. Једном када се догоди успешно сазревање овула, они се трансформишу у семе. Воће са друге стране формирају зрели јајници.

Плод се може класификовати као једноставан ако долази из зрелог јајника и може се додати ако се развије из више јајника, на пример јагода.

Сексуална репродукција бактерија

Бактерије су познате пре свега по својој способности да се размножавају асексуално.

У овој прокариотској лози појединац је способан да се подели на два дела процесом који се назива бинарна фисија. Међутим, постоји низ механизама у бактеријама који подсећају на сексуалну репродукцију пошто постоји размена генетског материјала.

Све до средине четрдесетих година прошлог века сматрало се да се бактерије размножавају искључиво асексуално. Међутим, истраживачи Јосхуа Ледерберг и Едвард Татум оповргавали су ово уверење генијалним експериментом користећи бактерије Е. цоли са различитим прехрамбеним потребама.

Експеримент се састојао од соја А који расте у минималном медију са метионином и биотином и соја Б који је растао само у окружењима са треонином, леуцином и тиамином. Другим речима, сваки сој је носио мутацију која је спречавала његову синтезу ових једињења, па су морали да се синтетишу у медијуму за културу.

Када су колоније биле у контакту неколико сати, појединци су стекли способност синтетизације хранљивих материја које претходно нису могли. Тако су Ледерберг и Татум показали да постоји процес размене ДНК сличан сексуалној репродукцији и назвали су то коњугацијом.

Коњугација

Процес коњугације одвија се кроз мостову структуру звану сексуални пили, која физички веже две бактерије заједно и омогућава им да размењују ДНК.

Како бактерије немају сексуални диморфизам, не можемо говорити о мужјацима и женама. Међутим, само једна врста може произвести пили, а они имају посебне фрагменте ДНК који се називају фактор Ф, за "плодност". Фактор Ф поседује гене за производњу пилија.

ДНК који је укључен у размену није део једног бактеријског хромозома. Уместо тога, то је изоловани кружни део који се зове плазмид, и који има свој систем репликације.

Трансформација

Поред коњугације, постоје и други процеси у којима бактерије могу добити додатну ДНК и које се одликује једноставнијим од коњугације. Једна од њих је трансформација, која се састоји од узимања голе ДНК из спољашње средине. Овај егзогени фрагмент ДНК може се интегрисати у бактеријски хромозом.

Механизам трансформације улази у концепт сексуалне репродукције. Иако су бактерије узимале слободну ДНК, овај генетски материјал је морао потицати из другог организма - на пример бактерије која је умрла и своју ДНК је пустила у животну средину.

Трансдукција

Трећи и последњи познати механизам бактерија за добијање стране ДНК је трансдукција. То подразумева учешће вируса који инфицира бактерије: бактериофаге.

У трансдукцији вирус узима део бактеријске ДНК и када инфицира бактерију, разлика може тај фрагмент пренијети на њега. Неки аутори користе израз „парасексуални догађаји“ за означавање ова три механизма.

Еволуциона перспектива

Свеприсутност сексуалне репродукције у организмима је изванредна чињеница. Стога је једно од највећих питања у еволуцијској биологији зашто се секс шири кроз толико родова ако је то енергетски скупа активност, а у неким случајевима чак и опасна.

Сумња се да су селективне снаге које су почеле сексуалну репродукцију у еукариота исте оне које одржавају парасексуалне процесе описане за бактерије.

Секс трошкови

У светлу еволуције, термин "успех" односи се на способност појединца да пренесе своје гене следећој генерацији. Парадоксално је да је секс процес који у потпуности не испуњава ову дефиницију, јер има низ трошкова повезаних са репродукцијом.

Сексуална репродукција укључује проналазак партнера и тај задатак у већини случајева није безначајан. У ово настојање мора се уложити огромна количина времена и енергије која ће одредити успех потомства - у смислу проналажења „идеалног партнера“.

Животиње приказују низ ритуала како би пробудиле своје потенцијалне пријатеље и у неким случајевима се морају борити излагањем сопственог живота да би постигле копулацију.

Чак и на ћелијском нивоу, секс је скуп, јер одвајање мејозом траје много дуже него митоза. Па зашто се већина еукариота репродуктивно размножава?

Постоје две фундаменталне теорије. Једна се односи на фузију ћелија као механизам за хоризонтално преношење „себичног“ генетског елемента, док друга теорија предлаже рекомбинацију као механизам поправке ДНК. У наставку ћемо описати предности и недостатке сваке теорије:

Бенефиције за секс

Да бисмо одговорили на ово питање, морамо се усредсредити на могуће предности сексуалне репродукције у првим еукариотима.

Фузија гамета да формира зиготу доводи до комбинације два различита генома који су способни да надокнаде могуће неисправне гене у једном геному, а нормалном копијом другог.

На пример, код људи наслеђујемо по један примерак од сваког родитеља. Ако од мајке наследимо неисправан ген, нормалан ген од оца може то надокнадити (у случају да патологија или болест представљају само хомозиготни рецесивни).

Друга теорија - не тако интуитивна као прва - предлаже да мејоза делује као механизам поправљања у ДНК. Оштећења генетског материјала су проблем с којим се морају суочити сви организми. Међутим, постоје организми који се размножавају само асексуално и њихова ДНК није нарочито оштећена.

Друга хипотеза каже да је секс можда еволуирао као паразитска прилагодба између себичних генетских елемената, како би се могао дистрибуирати у друге генетске линије. Сличан механизам је доказан у Е. цоли.

Иако постоје могућа објашњења, еволуција секса предмет је жестоке расправе међу еволуцијским биолозима.

Сексуални избор

Сексуални одабир је концепт који је увео Цхарлес Дарвин и који је примјењив само на популацију која се репродукује сексуално. Користи се за објашњавање присуства понашања, структура и других својстава чије постојање није могуће замислити природним одабиром.

На пример, врло шарено и помало „преувеличавано“ шљива пауна не пружа директну корист појединцу, јер га чини видљивијим потенцијалним грабежљивцима. Штавише, присутан је само у мужјака.

Референце

1. Цолеграве, Н. (2012). Еволуцијски успјех секса: Серија Наука и друштво о сексу и науци. ЕМБО Репортс, 13 (9), 774-778.
2. Цров, ЈФ (1994). Предности сексуалне репродукције. Развојна генетика, 15 (3), 205-213.
3. Фрееман, С., Херрон, ЈЦ (2002). Еволуциона анализа Прентице Халл.
4. Гооденоугх, У., и Хеитман, Ј. (2014). Поријекло еукариотске сексуалне репродукције. Перспективе из хладне прољетне луке у биологији, 6 (3), а016154.
5. Хицкман, ЦП, Робертс, ЛС, Ларсон, А., Обер, ВЦ, & Гаррисон, Ц. (2001). Интегрисани принципи зоологије. Нев Иорк: МцГрав-Хилл.
6. Леонард, Ј. и Цордоба-Агуилар, А. (ур.). (2010). Еволуција примарних сексуалних ликова код животиња. Окфорд Университи Пресс.
7. Савада, Х., Иноуе, Н., Ивано, М. (2014). Сексуална репродукција код животиња и биљака. Спрингер-Верлаг ГмбХ.