Szaporodás - Reproduction

Új egyedek termelése a csodalevél növény ( Kalanchoe pinnata ) levélszéle mentén . Az elülső kis növény körülbelül 1 cm (0,4 hüvelyk) magas. Az "egyén" fogalmát nyilvánvalóan feszíti ez az aszexuális reprodukciós folyamat.

Reproduction (vagy nemzés vagy tenyésztés ) a biológiai folyamat , amelynek során új egyedi organizmusok - „utód” - állítják elő a „szülő”, vagy a szülők. A szaporodás minden ismert élet alapvető jellemzője ; minden egyes szervezet a szaporodás eredményeként létezik. A szaporodásnak két formája létezik: ivartalan és szexuális .

Az ivartalan szaporodás során egy szervezet más szervezet bevonása nélkül is képes szaporodni. Az ivartalan szaporodás nem korlátozódik az egysejtű élőlényekre . A szervezet klónozása az ivartalan szaporodás egyik formája. Az ivartalan szaporodás révén egy szervezet genetikailag hasonló vagy azonos másolatot hoz létre önmagából. A szexuális szaporodás fejlődése a biológusok számára fontos rejtvény. A szexuális szaporodás kétszeres költsége, hogy az élőlények mindössze 50% -a szaporodik, és az organizmusok csak a génjeik 50% -át adják tovább .

A szexuális reprodukcióhoz jellemzően két specializált organizmus, az úgynevezett ivarsejtek szexuális kölcsönhatása szükséges , amelyek a normál sejtek kromoszómáinak felét tartalmazzák, és meiózissal jönnek létre , jellemzően egy hím megtermékenyítve ugyanazon faj nőstényét, hogy megtermékenyített zigótát hozzon létre . Ezáltal az utódok szervezetek, amelyeknek a genetikai jellemzőket azokból a két szülői szervezetek.

Szexuális

Az aszexuális szaporodás olyan folyamat, amelynek során az organizmusok genetikailag hasonló vagy azonos másolatokat hoznak létre magukból anélkül, hogy egy másik szervezet genetikai anyaga hozzájárulna hozzájuk. A baktériumok aszexuálisan osztódnak bináris hasadással ; a vírusok átveszik a gazdasejtek irányítását, hogy több vírust termeljenek; Hydras ( gerinctelenek a rend Hydroidea ) és élesztőgombák képesek reprodukálni bimbózó . Ezek az élőlények gyakran nem rendelkeznek különböző nemekkel, és képesek önmaguk két vagy több másolatára "szétválni". A legtöbb növény képes ivartalanul szaporodni, és a Mycocepurus smithii hangyafaj teljes egészében aszexuális eszközökkel szaporodik.

Néhány faj, amely képes ivartalanul szaporodni, mint például a hidra , az élesztő (lásd: Élesztő párzása ) és a medúza , szexuálisan is szaporodhatnak. Például a legtöbb növény képes vegetatív szaporodásra - szaporodás magvak vagy spórák nélkül -, de képes szexuálisan is szaporodni. Hasonlóképpen, a baktériumok konjugáció útján genetikai információkat cserélhetnek .

Az ivartalan szaporodás egyéb módjai közé tartozik a partenogenezis , a fragmentáció és a spóraképződés , amely csak mitózist foglal magában . Parthenogenesis a növekedés és fejlődés a embrió vagy mag nélküli megtermékenyítés egy hím . A parthenogenezis természetesen előfordul egyes fajoknál, beleértve az alacsonyabb növényeket (ahol apomixisnak hívják ), a gerincteleneket (pl. Vízibolhákat , levéltetveket , egyes méheket és parazita darazsakat ) és a gerinceseket (pl. Néhány hüllőt , halat , és nagyon ritkán madarakat és cápákat) ). Néha a hermafrodita fajok szaporodási módjainak leírására is használják, amelyek képesek önmagukat megtermékenyíteni.

Szexuális

Heroflies párosodás a levegőben repülés

A szexuális szaporodás olyan biológiai folyamat , amely két szervezet genetikai anyagának egyesítésével új szervezetet hoz létre egy olyan folyamatban, amely a meiózissal , a sejtosztódás speciális típusával kezdődik . A két szülő organizmus mindegyike hozzájárul az utódok genetikai felének feléhez haploid ivarsejtek létrehozásával . A legtöbb organizmus kétféle ivarsejtet alkot. Ezekben az anizogám fajokban a két nemet hímnek ( spermiumot vagy mikrospórát termelő ) és nősténynek ( petesejteket vagy megaspórákat termelő ) nevezik . Az izogám fajoknál az ivarsejtek hasonlóak vagy azonos formájúak ( izogameták ), de elkülöníthető tulajdonságaik lehetnek, majd más különböző neveket is kaphatnak (lásd izogámia ). Például a zöld algában, a Chlamydomonas reinhardtii -ben vannak úgynevezett "plusz" és "mínusz" ivarsejtek. Néhány élőlénytípusnak, mint például sok gomba és a csillós Paramecium aurelia , több mint két neme van, amelyeket szingennek neveznek . A legtöbb állat (beleértve az embereket is) és a növények szexuálisan szaporodnak. A szexuálisan szaporodó szervezeteknek minden tulajdonságukhoz különböző génkészleteik vannak ( alléloknak nevezik ). Az utódok minden szülő után minden allélra egy allélt örökölnek. Így az utódok a szülők génjeinek kombinációjával rendelkeznek. Úgy gondolják, hogy "a káros allélok elfedése kedvez a domináns diploid fázis kialakulásának azokban a szervezetekben, amelyek váltakoznak a haploid és a diploid fázis között", ahol a rekombináció szabadon megy végbe.

A Bryophytes szexuálisan szaporodik, de a nagyobb és általánosan látható organizmusok haploidok és ivarsejteket termelnek . Az ivarsejtek összeolvadva zigótát képeznek , amely sporangiumgá fejlődik , ami viszont haploid spórákat termel. A diploid stádium viszonylag kicsi és rövid életű a haploid stádiumhoz, azaz a haploid dominanciához képest . A diploidia, a heterózis előnye csak a diploid élet generációjában létezik. A Bryophytes megtartja a szexuális reprodukciót annak ellenére, hogy a haploid stádium nem részesül a heterózisból. Ez arra utalhat, hogy a szexuális szaporodásnak a heterózison kívül más előnyei is vannak, mint például a faj tagjai közötti genetikai rekombináció , amely lehetővé teszi a tulajdonságok szélesebb körének kifejeződését, és ezáltal a populációt jobban képes túlélni a környezeti változásokat.

Idegen beporzás

Idegen beporzás a megtermékenyítés kombinációjának ivarsejtek két szülő, általában az petesejt egy magánszemély a spermiumok másik. (Izogám fajoknál a két ivarsejt nem lesz sperma vagy petesejt.)

Autogámia

Az önmegtermékenyítés , más néven autogámia, a hermaphroditikus szervezetekben fordul elő, ahol a megtermékenyítésben összeolvadt két ivarsejt ugyanattól az egyedtől származik, pl. Sok érnövény , néhány foraminiferans , néhány csilló . Az "autogámia" kifejezést néha helyettesítik az autogám beporzással (ami nem feltétlenül vezet sikeres megtermékenyítéshez), és ugyanazon virágon belüli önbeporzást írja le , megkülönböztetve a geitonogamos beporzástól , a pollen átvitelét egy másik virágra ugyanazon virágzó növényen , vagy egy egyetlen egynemű Gymnosperm növény.

Mitózis és meiózis

A mitózis és a meiózis a sejtosztódás típusai . A mitózis a szomatikus sejtekben , míg a meiózis az ivarsejtekben fordul elő .

Mitózis A mitózisban kapott sejtek száma kétszerese az eredeti sejtek számának. Az utódsejtekben a kromoszómák száma megegyezik a szülősejtekével.

Meiózis A kapott sejtek száma az eredeti sejtek négyszerese. Ez azt eredményezi, hogy a sejtek fele kromoszómával rendelkeznek a szülősejtben. Egy diploid sejt megismétli önmagát, majd két osztódáson megy keresztül ( tetraploidból diploidból haploidává), és négy haploid sejtet képez . Ez a folyamat két fázisban, az I. meiózisban és a II.

Egyneműek

Az elmúlt évtizedekben a fejlődésbiológusok az azonos neműek szaporodását elősegítő technikákat kutattak és fejlesztettek ki. A nyilvánvaló megközelítések, amelyek növekvő aktivitásnak vannak kitéve, a női spermák és a hím tojások , a női spermák közelebb állnak az emberek valóságához. 2004 -ben néhány japán tudós megváltoztatta néhány lenyomatozással kapcsolatos gén funkcióját, és két japán tudós két egértojást egyesített, hogy leányegereket hozzon létre, és 2018 -ban kínai tudósok 29 nőstény egeret hoztak létre két nőstény egér anyából, de nem tudtak életképes utódokat szülni két apától. egerek.

Stratégiák

A különböző fajok széles körű reprodukciós stratégiákat alkalmaznak. Egyes állatok, például az ember és az északi gyöngyhal , születésük után sok évig nem érik el a nemi érettséget , és még akkor is kevés utódot szülnek . Mások gyorsan szaporodnak; de normális körülmények között a legtöbb utód nem éli túl a felnőttkort . Például egy nyúl (8 hónap után érett) 10-30 utódot hozhat létre évente, egy gyümölcslégy (10-14 nap után érlelődik) pedig akár 900 utódot is. Ez a két fő stratégia K-szelekció (kevés utód) és r-szelekció (sok utód) néven ismert. Az, hogy az evolúció melyik stratégiát részesíti előnyben, számos körülménytől függ. A kevés utóddal rendelkező állatok több forrást fordíthatnak minden egyes utód ápolására és védelmére, ezáltal csökkentve a sok utód iránti igényt. Másrészt a sok utóddal rendelkező állatok kevesebb forrást fordíthatnak minden egyes utódra; ezeknél az állattípusoknál gyakori, hogy sok utód hamarosan meghal születése után, de jellemzően elég egyed él túl a populáció fenntartásához. Egyes szervezetek, például a mézelő méhek és a gyümölcslegyek megtartják a spermiumokat a spermatárolásnak nevezett folyamatban, ezáltal megnövelik termékenységük időtartamát.

Más típusok

  • A policiklusos állatok időszakosan szaporodnak egész életük során.
  • A félhomályos élőlények életük során csak egyszer szaporodnak, például egynyári növények (beleértve az összes gabonafélét), valamint bizonyos lazac-, pók-, bambusz- és századi növényfajok. Gyakran nem sokkal a szaporodás után meghalnak. Ezt gyakran r-stratégákkal hozzák összefüggésbe .
  • Az ivartalan szervezetek egymást követő (pl. Éves vagy szezonális) ciklusokban utódokat hoznak létre, például évelő növényeket . Az ivaros állatok több évszakon keresztül (vagy időszakos állapotváltozásokon) túlélnek. Ez inkább a K-stratégákhoz kapcsolódik .

Aszexuális kontra szexuális szaporodás

A szexuális szaporodás kettős költségének illusztrációja . Ha minden szervezet azonos számú utódhoz járulna hozzá (kettő), a) a populáció minden generációban azonos méretű marad, ahol a (b) ivartalan populáció mérete minden generációnál megkétszereződik.

Az ivartalan szaporodás útján szaporodó szervezetek száma exponenciálisan növekszik. Mivel azonban a mutációkra támaszkodnak a DNS változásai miatt, a faj minden tagja hasonló sérülékenységgel rendelkezik. A szexuálisan szaporodó szervezetek kisebb számú utódot hoznak, de génjeik nagy eltérése miatt kevésbé fogékonyak a betegségekre.

Sok szervezet képes szexuálisan és ivartalanul is szaporodni. Példák a levéltetvek , a nyálkaformák , a tengeri kökörcsin , néhány tengeri csillagfaj ( töredezettség szerint ) és sok növény. Ha a környezeti tényezők kedvezőek, akkor ivartalan szaporodást alkalmaznak a túléléshez megfelelő körülmények kihasználásához, például bőséges táplálékhoz, megfelelő menedékhez, kedvező éghajlathoz, betegséghez, optimális pH -értékhez vagy más életmódbeli követelmények megfelelő kombinációjához. Ezen élőlények populációi exponenciálisan nőnek az ivartalan szaporodási stratégiák révén, hogy teljes mértékben ki tudják használni a gazdag ellátási erőforrásokat.

Amikor az élelmiszerforrások kimerültek, az éghajlat ellenségessé válik, vagy az egyéni túlélést veszélyezteti az életkörülmények más kedvezőtlen változása, ezek a szervezetek szexuális reprodukciós formákra váltanak. A szexuális szaporodás biztosítja a faj génállományának keveredését. A szexuális reprodukció utódaiban tapasztalt eltérések lehetővé teszik egyes egyedek számára, hogy jobban illeszkedjenek a túléléshez, és mechanizmust biztosítanak a szelektív alkalmazkodáshoz. A szexuális ciklus meiozis szakasza a DNS -károsodások különösen hatékony helyreállítását is lehetővé teszi (lásd Meiosis ). Ezenkívül a szexuális szaporodás általában olyan életszakasz kialakulását eredményezi, amely képes elviselni azokat a feltételeket, amelyek veszélyeztetik az ivartalan szülő utódait. Így a magvak, spórák, tojások, bábok, ciszták vagy a szexuális szaporodás más "túltelelő" szakaszai biztosítják a túlélést a kedvezőtlen időszakokban, és a szervezet "kivárhatja" a kedvezőtlen helyzeteket, amíg vissza nem tér az alkalmassághoz.

Élet nélküle

A szaporodás nélküli élet létezése bizonyos találgatások tárgya. Abiogenezisnek nevezik azt a biológiai tanulmányt, amely szerint az élet eredete hogyan termelt reprodukáló szervezeteket nem reprodukáló elemekből . Függetlenül attól, hogy volt -e több független abiogenetikai esemény, a biológusok úgy vélik, hogy a Föld jelenlegi életének utolsó egyetemes őse körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt élt .

A tudósok azt feltételezték, hogy nem reproduktív módon lehet életet teremteni a laboratóriumban. Több tudósnak sikerült egyszerű vírusokat előállítani teljesen élettelen anyagokból. A vírusokat azonban gyakran nem élőnek tekintik. Mivel nem más, mint egy kis RNS vagy DNS egy fehérjekapszulában, nincs anyagcseréjük, és csak egy eltérített sejt metabolikus gépezetének segítségével tudnak replikálódni .

Egy valóban élő organizmus (pl. Egyszerű baktérium) előállítása őse nélkül sokkal összetettebb feladat lenne, de a jelenlegi biológiai ismeretek szerint bizonyos mértékig lehetséges. Egy szintetikus genomot átvittek egy meglévő baktériumba, ahol felváltotta a natív DNS -t, ami új M. mycoides organizmus mesterséges termelését eredményezte .

A tudományos közösségben némi vita folyik arról, hogy ez a sejt tekinthető -e teljesen szintetikusnak azon az alapon, hogy a kémiailag szintetizált genom a természetben előforduló genom majdnem 1: 1 másolata, és a befogadó sejt egy természetben előforduló baktérium. A Craig Venter Intézet fenntartja a "szintetikus baktériumsejt" kifejezést, de azt is tisztázza, hogy "... ezt nem tekintjük" élet nulláról teremtésének ", hanem új életet teremtünk a már létező életből szintetikus DNS segítségével". Venter szabadalmaztatni kívánja kísérleti sejtjeit, kijelentve, hogy "ezek egyértelműen emberi találmányok". Alkotói azt sugallják, hogy a „szintetikus élet” építése lehetővé tenné a kutatóknak, hogy az életet az építéssel ismerjék meg, nem pedig szétszakítják. Azt is javasolják, hogy nyújtsák ki az élet és a gép közötti határokat, amíg a kettő átfedi egymást, hogy "valóban programozható organizmusokat" hozzanak létre. Az érintett kutatók kijelentették, hogy az "igazi szintetikus biokémiai élet" létrehozása viszonylag közel van a jelenlegi technológiához, és olcsó ahhoz képest, amennyi erőfeszítés szükséges az ember Holdra helyezéséhez.

Lottó elve

A szexuális szaporodásnak számos hátránya van, mivel sokkal több energiát igényel, mint az ivartalan szaporodás, és eltereli az élőlényeket más tevékenységektől, és van némi érv arról, hogy miért használja ezt sok faj. George C. Williams használt lottó jegyek, mint egy analógia az egyik magyarázata a széles körben elterjedt az ivaros szaporodás. Azzal érvelt, hogy az ivartalan szaporodás, amely alig vagy egyáltalán nem termel genetikai változatosságot az utódokban, olyan volt, mintha sok olyan jegyet vásárolna, amelyek mindegyike azonos számú, és korlátozza a "nyerés" esélyét - vagyis túlélő utódok születését. A szexuális szaporodás szerinte olyan volt, mintha kevesebb jegyet vásárolna, de változatosabb számokat, és így nagyobb esélyt a sikerre. Ennek az analógiának az a lényege, hogy mivel az ivartalan szaporodás nem hoz létre genetikai variációkat, kicsi a gyors alkalmazkodás képessége a változó környezethez. A lottóelvet manapság kevésbé fogadják el, mert bizonyíték van arra, hogy az ivartalan szaporodás inkább instabil környezetben fordul elő, ellentétben azzal, amit előre jelez.

Lásd még

Megjegyzések

Hivatkozások

  • Tobler, M. & Schlupp, I. (2005) Paraziták szexuális és ivartalan mollie -kban (Poecilia, Poeciliidae, Teleostei): a Vörös Királynő ügye? Biol. Lett. 1 (2): 166–168.
  • Zimmer, Carl . Parazita Rex: A természet legveszélyesebb teremtményeinek bizarr világában , New York: Érintetkő, 2001.
  • "Allogámia, kereszttrágyázás, keresztbeporzás, hibridizáció". GardenWeb botanikai kifejezések szószedete (2,1 szerk.). 2002.
  • "Idegen beporzás". Stedman online orvosi szótára (27 szerk.). 2004.

További irodalom

Külső linkek