SUKUPUOLIELINTEN LISÄÄNTYMINEN: OMINAISUUDET, TYYPIT, KASVIT, ELÄIMET - BIOLOGIA

Seksuaalinen lisääntyminen on moninkertaistaminen yksilöiden kahdesta vanhempien eri sukupuolta: miehet ja naiset - paitsi silloin, kun viitataan suvullisesti bakteereissa tai alkueläimet, joissa ei ole eroa sukupuolen perusteella. Se on laajalti levinnyt prosessi eukaryoottisissa organismeissa.

Jokainen seksuaaliseen lisääntymiseen osallistuva ihminen tuottaa erityyppisiä ituradan soluja: siittiöitä ja munia. Ne johtuvat erikoistuneesta solujakautumisesta, nimeltään meioosi. Tämä tapahtuma on ratkaiseva ero aseksuaalisen ja seksuaalisen lisääntymisen välillä.

Lähde: Manojiritty, Wikimedia Commonsista

Prosessi alkaa kahden sukusolujen yhdistymisellä, jotka aiheuttavat tsygootin. Myöhemmin, tsygootti synnyttää uuden yksilön, jolla on kummankin vanhemman ominaisuudet ja joilla on tiettyjä ainutlaatuisia ominaisuuksia.

Prosessin yleisyyden takia päättelemme, että seksuaaliseen lisääntymiseen liittyy joukko etuja aseksuaaliseen lisääntymiseen verrattuna. Seksuaalisen lisääntymisen mahdolliset haitat ovat kuitenkin huomattavampia: parisuhteiden etsimiseen panostettu aika ja energia, naispuolinen kilpailu, muun muassa lannoittamattomien sukusolujen tuotantokustannukset.

Kustannukset näyttävät olevan erittäin korkeat, joten niillä on oltava huomattavia etuja sen kompensoimiseksi. Seksuaalisen lisääntymisen hyödyt ovat olleet kiistanalaisia ja keskustelleita evoluutiobiologien keskuudessa.

Yksi hypoteesi viittaa siihen, että sukupuolinen lisääntyminen on hyödyllistä, koska se tuottaa lajikkeita, jotka ympäristön muutosten aikaan voisivat olla hyödyllisiä lajeille. Itse asiassa geneettisen vaihtelevuuden tuottaminen on yksi sukupuoleen liittyvistä eduista.

Toisaalta, jotkut tutkijat ehdottavat, että seksuaalinen lisääntyminen, erityisesti rekombinaatio, on valittu DNA: n korjausmekanismiksi. Sukupuolen levinneisyyttä sen kustannuksista huolimatta ei kuitenkaan vielä tunneta.

Yleispiirteet, yleiset piirteet

Seksi on monimutkainen ilmiö, joka vaihtelee suuresti eukaryoottisten taksonien välillä. Voimme yleensä ymmärtää sen prosessina, joka käsittää kolme vaihetta: kahden haploidisen ytimen fuusio, rekombinaation ilmiö, joka tuottaa uusia genotyyppejä, ja diploidisten solujen jako haploidisten ytimien muodostamiseksi.

Tästä näkökulmasta seksi eukaryooteissa riippuu elinkaaresta, jossa diploidisolujen on jaoteltava meioosilla. Tämä meioottinen jakautumisprosessi on vastuussa tulevien sukusolujen geneettisen materiaalin jakautumisesta.

Meioosin tarkoituksena on erottaa homologiset kromosomit siten, että jokaisella sukusolulla on puolet somaattisista kromosomeista. Geneettisen kuormituksen vähentämisen lisäksi meioosissa tapahtuu myös materiaalinvaihto sisarittomien kromatidien välillä, mikä tuottaa täysin uusia yhdistelmiä.

sukusolut

Sukusolut ovat meioosin tuottamien organismien sukupuolisoluja, jotka sisältävät puolet geneettisestä kuormituksesta, ts. Ne ovat haploideja.

Sukusolut vaihtelevat sekä kasveissa että eläimissä ja ne luokitellaan kolmeen perusluokkaan niiden koosta ja suhteellisesta liikkuvuudesta riippuen: isogamia, anisogamia ja oogamia.

Isogamy on seksuaalisen lisääntymisen muoto, jossa sukusolut, jotka sulautuvat uuden ihmisen syntymiseen, ovat identtisiä kooltaan, liikkuvuudeltaan ja rakenteeltaan. Isogamy on edustettuna pääasiassa kasveissa.

Sen sijaan anisogamia koostuu kahden sukusolujen yhdistymisestä, jotka eroavat toisistaan kooltaan ja rakenteelta. Eräs erityinen anisogamian tyyppi on oogamia, jossa miespuolisten sukusolujen koko on suhteellisen pieni ja runsaasti. Naispuoliset ovat huomattavasti näkyvämpiä ja niitä tuotetaan vähemmän.

Seksuaalinen lisääntyminen eläimissä

Eläinkunnassa sukupuolinen lisääntyminen on laajalti levinnyt ilmiö ryhmän jäsenten keskuudessa.

Lähes kaikilla selkärangattomilla ja selkärankaisilla on sukupuolet erillisissä organismeissa - toisin sanoen, voimme erottaa lajissa uros- ja naispuolisen yksilön. Tätä tilaa kutsutaan kaksikerroksiseksi, termi, joka on johdettu kreikkalaisista juurista ”kaksi taloa”

Sitä vastoin on tiettyjä vähemmän lukulajeja, joiden sukupuolet ovat läsnä samassa yksilössä, nimeltään yksitajinen: ”talo”. Nämä eläimet tunnetaan myös hermafrodiiteina.

Sukupuolten välillä ei tehdä eroa koon tai värin morfologisten ominaisuuksien perusteella, vaan kunkin sukupuolen tuottaman sukusolujen tyypin mukaan.

Naaraat tuottavat munasoluja, joille on tunnusomaista niiden suuri koko ja liikkumattomuus. Toisaalta siittiöitä tuottaa miehiä enemmän, ne ovat paljon pienempiä ja niillä on erityiset rakenteet munasolujen liikuttamiseksi ja hedelmöittämiseksi.

Seuraavaksi kuvaamme eläinten tyypillisiä sukupuolielimiä ja sitten yksityiskohtaisesti lisääntymisprosessia kussakin eläinryhmässä.

Lisääntymiseen liittyvät rakenteet

Seksuaaliseen lisääntymiseen erikoistuneet solut - munat ja sperma - tuotetaan erityisissä kudoksissa, joita kutsutaan sukurauhasiksi.

Miehillä kivekset ovat vastuussa siittiöiden tuotannosta, kun taas naispuoliset sukusolut muodostuvat munasarjoihin.

Merirauhaset pidetään ensisijaisina sukupuolielininä. Lisäseksuaalit ovat läsnä tärkeässä ryhmässä metatsoja, jotka vastaavat munien ja siittiöiden vastaanottamisesta ja siirtämisestä. Naisilla löydämme emätin, kohdun putket tai munanjohtimet ja kohtu, kun taas miehillä on penis.

Poriferous

Porsaat tunnetaan yleisesti sieninä ja ne voivat lisääntyä sekä seksuaalisesti että epäseksuaalisesti. Useimmissa lajeissa uros- ja naaraspuolisten sukusolujen tuotanto tapahtuu yhdellä yksilöllä.

Choososyytit ovat tämän suvun erityinen solutyyppi, joka voi muuttua siittiöiksi. Muissa ryhmissä sukusolut voidaan johtaa arkeosyyteistä.

Monet lajit ovat elinluokkaisia, mikä osoittaa, että hedelmöitysilmiön jälkeen vanhempainorganismi pitää tsygoottia, kunnes toukka vapautuu. Näissä lajeissa siittiöt vapautetaan veteen ja toisen sienen ottavat ne vastaan.

cnidarians

Cnidarians ovat merieliöitä, joihin kuuluu meduusoja ja vastaavia. Näillä eläimillä on kaksi morfologiaa: ensimmäinen on polyyppi ja jolle on ominaista tyydyttävä elämäntapa, kun taas toinen on meduusoja, jotka kykenevät liikkumaan ja kellumaan.

Polyypit lisääntyvät yleensä epäsuotuisasti orastamalla tai halkeamalla. Meduusat ovat kaksipäisiä ja lisääntyvät seksuaalisesti. Elinkaari tässä ryhmässä on hyvin vaihteleva.

Acelomorfit ja lierot

Litteät maat, kuten tasapailat, tunnetaan ensisijaisesti kyvystään uudistua ja tuottaa useita klooneja aseksuaalisesti yhdestä yksilöstä.

Suurin osa näistä vermiformisista eläimistä on yksiaineisia. He etsivät kuitenkin kumppania ristikkäisen lannoituksen toteuttamiseksi.

Urospuolinen lisääntymisjärjestelmä sisältää useita kiveksiä ja papillamaisen rakenteen, joka on samanlainen kuin monimutkaisten selkärankaisten penikset.

Nilviäiset ja annelidit

Suurin osa nilviäisistä on kaksikokoisia ja niiden lisääntyminen aiheuttaa vapaasti uivaa toukkaa, nimeltään trocófera (hyvin samanlainen kuin annelideissa esiintyvät toukat), ja se vaihtelee nilviäisten lajien mukaan.

Samoin annelideilla on erilliset sukupuolet ja joissakin heillä on sukurauhaset, jotka ilmestyvät väliaikaisesti.

niveljalkaisten

Niveljalkaiset ovat erittäin monimuotoinen ryhmä eläimiä, joille on ominaista kitiinistä ja nivellisistä koostuva eksoskeletti. Tämä perimä sisältää myriapodit, kelisiceraatit, äyriäiset ja heksaapodit.

Sukupuolet erotetaan yleensä, lisääntymiseen erikoistuneet elimet ilmestyvät pareittain. Suurimmalla osalla lajeista on sisäinen hedelmöitys. Ne voivat olla munasarjoja, munasolunarvoisia tai eläinperäisiä.

piikkinahkaisia

Piikkinahkaisia ovat meritähti, merikurkut, merisiilit ja vastaavat. Vaikka on olemassa joitain hermafrodiittilajeja, useimmille on ominaista se, että niillä on erilliset sukupuolet. Limarauhaset ovat suuria rakenteita, kanavat ovat yksinkertaisia, eikä vaikeita kopulatiivisia elimiä ole.

Lannoitus tapahtuu ulkoisesti ja kehittyy kahdenvälinen toukka, joka voi liikkua vapaasti vesistössä. Joillakin lajeilla on suora kehitys.

chordates

Suurin osa sukupuolesta on erillisiä. Tästä ryhmästä löydämme monimutkaisempia lisääntymiselimiä. Kummallakin sukupuolella on sukurauhaset, joissa on kanavia, jotka ohjaavat näiden tuotteiden kloakkaan tai johonkin erityiseen aukkoon, joka sijaitsee lähellä peräaukkoa. Ryhmästä riippuen lannoitus voi olla ulkoista tai sisäistä.

Parthenogeneesi eläimissä

Parthenogeneesi on ilmiö, joka on laajalti edustettuna eläinkunnassa, pääasiassa selkärangattomissa ja eräissä selkärankaisissa, mikä mahdollistaa uuden yksilön syntymisen yksinhuoltajamaalla. Vaikka se on eräs aseksuaalisen lisääntymisen muoto, tietyntyyppisiä partenogeneesiä pidetään seksuaalisen lisääntymisen tyypeinä.

Meioottisessa parthenogeneesissä muna muodostuu meioosista, ja uroksen spermat voivat olla hedelmöitetyt tai eivät.

Joissakin tapauksissa miespuolisten sukusolujen on aktivoitava munat. Tässä tapauksessa molempia ytimiä ei fuusioida, koska siemennesteen geneettinen materiaali hylätään.

Joillakin lajeilla munasolu voi kuitenkin kehittyä itsestään ilman aktivointiprosessia.

Sukupuolielinten lisääntyminen kasveissa

Kasveille voidaan tehdä sukupuolinen lisääntyminen samoin kuin eläimissä. Se koostuu kahden haploidisen sukusolujen yhdistymisestä, mikä antaa uuden yksilön, jolla on ainutlaatuiset geneettiset ominaisuudet.

Kasvi voi olla uros- ja naaraselimet yhdessä yksilössä tai ne voidaan erottaa toisistaan. Kurkku- ja maitotuotteessa sukupuolet erotetaan toisistaan, ruusuissa ja petunioissa sukupuolet ovat yhdessä.

Kukka

Seksuaalisen lisääntymisen prosesseista vastaavat elimet ovat kukat. Näissä erikoistuneissa rakenteissa on alueita, jotka eivät osallistu suoraan lisääntymiseen: vasikka ja korolla, ja seksuaalisesti aktiiviset rakenteet: androecium ja gynoecium.

Androecium on miehen sukuelin, joka koostuu porrasta, joka puolestaan on jaettu filamentiin ja ankeriin. Tämä viimeinen alue vastaa siitepölyjyvien tuotannosta.

Gynoecium on naispuolinen kukkaelin ja koostuu yksiköistä, joita kutsutaan carpelsiksi. Rakenne on samanlainen kuin pitkänomainen ”tippa” ja on jaettu leimautumiseen, tyyliin ja lopulta munasarjaan.

Pölytys

Kasvien seksuaalinen lisääntyminen tapahtuu pääasiassa pölytyksen kautta, joka koostuu siitepölyjyvien kuljettamisesta ankerista stigmaan.

Pölytys voi tapahtua samassa kukkassa (siitepölyjyvät menevät saman kasvin naispuoliseen elimeen) tai ristikkäin, jolloin siitepölyjyvät hedelmöittävät toista yksilöä.

Useimmissa kasveissa eläimen interventio on välttämätöntä pölytyksen suorittamiseksi. Ne voivat olla selkärangattomia, kuten mehiläisiä tai muita hyönteisiä tai selkärankaisia, kuten lintuja ja lepakoita. Kasvi tarjoaa palkkiona pölyttäjän nektarin ja he vastaavat siitepölyn levittämisestä.

Kukkarakenteet, jotka eivät osallistu suoraan lisääntymiseen, ovat korolla ja kukka. Nämä ovat muokattuja lehtiä, monissa tapauksissa kirkkaita ja eläviä värejä, jotka vastaavat potentiaalisen pölyttäjän visuaalisesta tai kemiallisesta houkuttelemisesta.

Samoin jotkut kasvit eivät vaadi eläinten pölyttäjiä ja käyttävät tuulen tai veden avulla siitepölyä.

Lannoitus, siemenet ja hedelmät

Prosessi alkaa siitepölyjyvien saapumisella kukan leimautumiseen. Nämä matkustavat tyylin mukaan, kunnes he löytävät munasarjan.

Kaksinkertainen lannoitus on tyypillinen kukinnan kasveille ja ainutlaatuinen kaikkien organismien keskuudessa. Ilmiö tapahtuu seuraavasti: siittiön ydin yhdistyy munasoluun, ja toinen siittiön ydin sulautuu sporofyytin diploidiseen alkioon.

Tämän epätavallisen hedelmöitystapahtuman tulos on trioploidi endospermi, joka toimii ravitsevana kudoksena organismin kehitykselle. Kun munasolut kypsyvät onnistuneesti, ne muuttuvat siemeniksi. Hedelmät puolestaan muodostuvat kypsistä munasarjoista.

Hedelmät voidaan luokitella yksinkertaisiksi, jos ne tulevat kypsästä munasarjasta, ja lisätään, jos ne kehittyvät useista munasarjoista, kuten esimerkiksi mansikka.

Sukupuolielinten lisääntyminen bakteereissa

Bakteerit tunnetaan ensisijaisesti kyvystään lisääntyä aseksuaalisesti.

Tässä prokaryoottisessa suvussa yksilö kykenee jakautumaan kahteen prosessilla, jota kutsutaan binaarifissioon. Bakteereissa on kuitenkin joukko mekanismeja, jotka muistuttavat sukupuolista lisääntymistä, koska geneettinen materiaali on vaihtunut.

1940-luvun puoliväliin saakka uskottiin, että bakteerit lisääntyvät yksinomaan aseksuaalisesti. Tutkijat Joshua Lederberg ja Edward Tatum kuitenkin kiistivät tämän uskomuksen kekseliäisellä kokeilulla, jossa mallina käytettiin E. colin bakteereja, joilla oli erilaisia ruokavaliovaatimuksia.

Koe koostui kannasta A, joka kasvatettiin minimiväliaineessa metioniinin ja biotiinin kanssa, ja kannasta B, joka kasvoi vain ympäristöissä, joissa oli treoniini, leusiini ja tiamiini. Toisin sanoen jokaisessa kannassa oli mutaatio, joka esti sitä syntetisoimasta näitä yhdisteitä, siksi ne oli syntetisoitava elatusaineeseen.

Kun pesäkkeet olivat kosketuksissa muutaman tunnin ajan, yksilöt saivat kyvyn syntetisoida ravinteita, joita he eivät aiemmin pystyneet. Siten Lederberg ja Tatum osoittivat, että DNA: n vaihtoprosessi oli samanlainen kuin seksuaalinen lisääntyminen, ja kutsuivat sitä konjugaatioksi.

konjugaatio

Konjugaatioprosessi tapahtuu siltamaisen rakenteen kautta, jota kutsutaan seksuaalipiliksi, joka sitoo fyysisesti kaksi bakteeria toisiinsa ja sallii niiden vaihtaa DNA: ta.

Koska bakteereilla ei ole seksuaalista dimorfiaa, emme voi puhua miehistä ja naisista. Kuitenkin vain yksi tyyppi voi tuottaa piliä, ja heillä on erityisiä DNA-fragmentteja, nimeltään tekijä F, "hedelmällisyyttä" varten. Faktorilla F on geenit pili-tuotantoa varten.

Vaihtoon osallistuva DNA ei ole osa yksittäistä bakteerikromosomia. Sen sijaan se on eristetty pyöreä osa, nimeltään plasmidi, jolla on oma replikaatiojärjestelmä.

muutos

Konjugaation lisäksi on myös muita prosesseja, joissa bakteerit voivat saada ylimääräistä DNA: ta ja joille on tunnusomaista, että ne ovat yksinkertaisempia kuin konjugaatio. Yksi niistä on transformaatio, joka koostuu paljaan DNA: n ottamisesta ulkoisesta ympäristöstä. Tämä eksogeeninen DNA-fragmentti voidaan integroida bakteerikromosomiin.

Muutosmekanismi tulee seksuaalisen lisääntymisen käsitteeseen. Vaikka bakteerit ottivat vapaan DNA: n, tämän geneettisen materiaalin piti olla peräisin toisesta organismista - esimerkiksi bakteerista, joka kuoli ja vapautti DNA: nsa ympäristöön.

transduktio

Kolmas ja viimeinen tunnettu mekanismi bakteereissa vieraan DNA: n saamiseksi on transduktio. Tämä tarkoittaa bakteerien tartuttavan viruksen osallistumista: bakteriofageja.

Transduktiossa virus ottaa osan bakteeri-DNA: sta ja kun se tartuttaa bakteerin, ero voi siirtää tämän fragmentin siihen. Jotkut kirjoittajat käyttävät termiä "paraseksuaaliset tapahtumat" viitaten näihin kolmeen mekanismiin.

Evoluutioperspektiivi

Seksuaalisen lisääntymisen yleisyys organismeissa on huomattava tosiasia. Yksi evoluutiobiologian suurimmista kysymyksistä onkin se, miksi sukupuoli on levinnyt niin monelle sukupolvelle, jos se on energisesti kallista toimintaa - ja joissain tapauksissa jopa vaarallista.

Epäillään, että selektiiviset voimat, jotka eukaryooteissa aiheuttivat seksuaalista lisääntymistä, ovat samat, jotka ylläpitävät bakteereille kuvattuja paraseksuaalisia prosesseja.

Seksi maksaa

Evoluution valossa termi "menestys" tarkoittaa yksilön kykyä siirtää geeninsä seuraavalle sukupolvelle. Paradoksaalisesti seksi on prosessi, joka ei täysin täytä tätä määritelmää, koska lisääntymiseen liittyy joukko kustannuksia.

Seksuaalinen lisääntyminen sisältää parin löytämisen, ja useimmissa tapauksissa tämä tehtävä ei ole triviaali. Tähän pyrkimykseen, joka määrittelee jälkeläisten menestyksen - on investoitava valtavasti aikaa ja energiaa - "ihanteellisen kaverin" löytämisessä.

Eläimet esittävät sarjan rituaaleja potentiaalisten parikavereidensa pistämiseksi, ja joissain tapauksissa heidän on taisteltava paljastamalla oma elämänsä kopulaation aikaansaamiseksi.

Seksi on jopa solutasolla kallista, koska jakautuminen meioosilla vie paljon kauemmin kuin mitoosi. Joten miksi useimmat eukaryootit lisääntyvät seksuaalisesti?

On olemassa kaksi perusteoriaa. Yksi liittyy solujen fuusioon mekanismina "itsekkään" geneettisen elementin horisontaaliseen siirtoon, kun taas toinen teoria ehdottaa rekombinaatiota DNA: n korjausmekanismina. Seuraavassa kuvaamme kunkin teorian etuja ja haittoja:

Seksi-edut

Tähän kysymykseen vastaamiseksi meidän on keskityttävä seksuaalisen lisääntymisen mahdollisiin hyötyihin ensimmäisissä eukaryooteissa.

Sukusolujen fuusio tsygootin muodostamiseksi johtaa kahden eri genomin yhdistelmään, jotka kykenevät kompensoimaan mahdolliset vialliset geenit yhdessä genomissa normaalin kopion kanssa toisesta.

Esimerkiksi ihmisillä, me perimme yhden kopion jokaiselta vanhemmalta. Jos perimme viallisen geenin äidiltämme, normaali geeni isältämme voi kompensoida sen (siinä tapauksessa, että patologia tai sairaus esiintyy vain homotsygoottisena taantumana).

Toinen teoria - ei niin intuitiivinen kuin ensimmäinen - ehdottaa, että meioosi toimii korjausmekanismina DNA: ssa. Geneettisen materiaalin vaurioituminen on ongelma, joka kaikkien organismien on kohdattava. On kuitenkin sellaisia organismeja, jotka lisääntyvät vain aseksuaalisesti, ja niiden DNA: ta ei vahingoiteta erityisen.

Toisessa hypoteesissa todetaan, että sukupuoli on saattanut kehittyä loisten sopeutumisena itsekkäiden geneettisten elementtien välillä, jotta se voitaisiin levittää muihin geneettisiin linjoihin. Samanlainen mekanismi on osoitettu E. colissa.

Vaikkakin on olemassa mahdollisia selityksiä, sukupuolen evoluutiosta käydään kiihkeää keskustelua evoluutiobiologien keskuudessa.

Seksuaalinen valinta

Seksuaalivalinta on Charles Darwinin esittelemä käsite, jota voidaan soveltaa vain seksuaalisesti lisääntyviin väestöihin. Sitä käytetään selittämään sellaisten käyttäytymisten, rakenteiden ja muiden ominaisuuksien läsnäolo, joiden olemassaoloa ei voida kuvitella luonnollisella valinnalla.

Esimerkiksi hyvin värikäs ja hieman "liioiteltu" riikinkukko ei tarjoa suoraa hyötyä yksilölle, koska tekee siitä paremman näkymisen potentiaalisille saalistajille. Lisäksi sitä esiintyy vain miehillä.

Viitteet

Colegrave, N. (2012). Sukupuolen evoluutio menestys: Science & Society Series of Sex and Science. EMBO Reports, 13 (9), 774-778.
Crow, JF (1994). Seksuaalisen lisääntymisen edut. Kehitysgenetiikka, 15 (3), 205 - 213.
Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evoluutioanalyysi. Prentice Hall.
Goodenough, U., ja Heitman, J. (2014). Eukaryoottisen seksuaalisen lisääntymisen alkuperä. Cold Spring Harbor -perspektiivit biologiassa, 6 (3), a016154.
Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integroituneet eläintieteen periaatteet. New York: McGraw-Hill.
Leonard, J., ja Córdoba-Aguilar, A. (toim.). (2010). Primaaristen seksuaalisten hahmojen kehitys eläimissä. Oxford University Press.
Sawada, H., Inoue, N., ja Iwano, M. (2014). Seksuaalinen lisääntyminen eläimissä ja kasveissa. Springer-Verlag GmbH.

SUKUPUOLIELINTEN LISÄÄNTYMINEN: OMINAISUUDET, TYYPIT, KASVIT, ELÄIMET - BIOLOGIA - 2026