Αναπαραγωγή είναι η αναπαραγωγή από έναν οργανισμό παρόμοιων οργανισμών. Χάρη σε αυτόν εξασφαλίζεται η συνέχεια της ζωής. Υπάρχουν δύο τρόποι για να σχηματιστούν νέοι οργανισμοί: η ασεξουαλική και η σεξουαλική αναπαραγωγή. Η ασεξουαλικότητα, στην οποία συμμετέχει μόνο ένας οργανισμός, συμβαίνει μέσω κυτταρικής διαίρεσης στο μισό, σπορίωσης, εκβλάστησης ή βλαστικής φύσης. Είναι χαρακτηριστικό κυρίως των πρωτόγονων οργανισμών. Στην ασεξουαλική αναπαραγωγή, οι νέοι οργανισμοί είναι αντίγραφο του γονέα. Η σεξουαλική αναπαραγωγή λαμβάνει χώρα με τη βοήθεια των σεξουαλικών κυττάρων που ονομάζονται γαμέτες. Εμπλέκει κυρίως δύο οργανισμούς, γεγονός που συμβάλλει στην εμφάνιση νέων ατόμων που διαφέρουν από τα μητρικά. Πολλά ζώα χαρακτηρίζονται από εναλλασσόμενη ασεξουαλική και σεξουαλική αναπαραγωγή.

Τύποι σεξουαλικής αναπαραγωγής

Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι σεξουαλικής αναπαραγωγής:

• αμφιφυλόφιλος;
• ερμαφόδιτος;
• παρθενογένεση, ή παρθένα αναπαραγωγή.

Διοικιακή αναπαραγωγή

Η δίοικη αναπαραγωγή χαρακτηρίζεται από τη σύντηξη απλοειδών γαμετών, η οποία ονομάζεται γονιμοποίηση. Η γονιμοποίηση έχει ως αποτέλεσμα έναν διπλοειδή ζυγώτη που περιέχει γενετικές πληροφορίες και από τους δύο γονείς. Η δίοικη αναπαραγωγή χαρακτηρίζεται από την παρουσία της σεξουαλικής διαδικασίας.

Τύποι σεξουαλικής διαδικασίας

Υπάρχουν τρεις τύποι σεξουαλικής διαδικασίας:

1. Ισογαμία. Χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι όλοι οι γαμέτες είναι κινητοί και έχουν το ίδιο μέγεθος.
2. Ανισογαμία ή ετερογαμία. Οι γαμέτες έχουν διαφορετικά μεγέθη, υπάρχουν μακρογαμέτες και μικρογαμέτες. Αλλά και οι δύο γαμέτες είναι ικανοί να κινηθούν.
3. Oogamy. Χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός μεγάλου ακίνητου ωαρίου και ενός μικρού σπέρματος ικανού να κινηθεί.

Ερμαφροδιτισμός

Παρθενογένεση

Μερικοί οργανισμοί μπορούν να αναπτυχθούν από ένα μη γονιμοποιημένο κύτταρο. Αυτή η σεξουαλική αναπαραγωγή ονομάζεται παρθενογένεση. Με τη βοήθειά του αναπαράγονται μυρμήγκια, μέλισσες, σφήκες, αφίδες και μερικά φυτά. Ένας τύπος παρθενογένεσης είναι η παιδογένεση. Χαρακτηρίζεται από παρθένα αναπαραγωγή προνυμφών. Μερικά δίπτερα και σκαθάρια αναπαράγονται χρησιμοποιώντας παιδογένεση. Η παρθενογένεση διασφαλίζει την ταχεία αύξηση του πληθυσμού.

Πολλαπλασιασμός φυτών

Τα φυτά, όπως και τα ζώα, μπορούν να αναπαραχθούν ασεξουαλικά και σεξουαλικά. Η διαφορά είναι ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή στα αγγειόσπερμα γίνεται μέσω διπλής γονιμοποίησης. Τι είναι αυτό; Στη διπλή γονιμοποίηση, που ανακαλύφθηκε από τον S.G. Navashin, δύο σπερματοζωάρια συμμετέχουν στη γονιμοποίηση του ωαρίου. Ένα από αυτά ενώνεται με το αυγό. Αυτό παράγει έναν διπλοειδή ζυγώτη. Το δεύτερο σπέρμα συγχωνεύεται με το διπλοειδές κεντρικό κύτταρο για να σχηματίσει ένα τριπλοειδές ενδοσπέρμιο που περιέχει μια παροχή θρεπτικών συστατικών.

Βιολογική έννοια της σεξουαλικής αναπαραγωγής

Η σεξουαλική αναπαραγωγή καθιστά τους οργανισμούς ανθεκτικούς στις μεταβαλλόμενες και δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες και αυξάνει τη βιωσιμότητά τους. Αυτό διευκολύνεται από την ποικιλομορφία των απογόνων που γεννήθηκαν ως αποτέλεσμα του συνδυασμού της κληρονομικότητας δύο οργανισμών.

Περίληψη: Αφυλική και σεξουαλική αναπαραγωγή

Εισαγωγή

Η ικανότητα αναπαραγωγής, δηλαδή η παραγωγή μιας νέας γενιάς ατόμων του ίδιου είδους, είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των ζωντανών οργανισμών. Κατά τη διαδικασία της αναπαραγωγής, το γενετικό υλικό μεταφέρεται από τη μητρική γενιά στην επόμενη γενιά, γεγονός που εξασφαλίζει την αναπαραγωγή χαρακτηριστικών όχι μόνο ενός συγκεκριμένου είδους, αλλά και συγκεκριμένων γονικών ατόμων. Για ένα είδος, η έννοια της αναπαραγωγής είναι να αντικαταστήσει εκείνους από τους εκπροσώπους του που πεθαίνουν, γεγονός που διασφαλίζει τη συνέχεια της ύπαρξης του είδους. Επιπλέον, υπό κατάλληλες συνθήκες, η αναπαραγωγή καθιστά δυνατή την αύξηση του συνολικού αριθμού των ειδών.

Κάθε νέο άτομο, πριν φτάσει στο στάδιο στο οποίο είναι ικανό να αναπαραχθεί, πρέπει να περάσει από μια σειρά από στάδια ανάπτυξης και εξέλιξης. Μερικά άτομα πεθαίνουν πριν φτάσουν στο αναπαραγωγικό στάδιο (ή σεξουαλική ωριμότητα) ως αποτέλεσμα καταστροφής από αρπακτικά, ασθένειες και διάφορα τυχαία γεγονότα. Ως εκ τούτου, το είδος μπορεί να επιβιώσει μόνο με την προϋπόθεση ότι κάθε γενιά παράγει περισσότερους απογόνους από ό,τι υπήρχαν γονικά άτομα που συμμετείχαν στην αναπαραγωγή. Τα μεγέθη του πληθυσμού κυμαίνονται ανάλογα με την ισορροπία μεταξύ αναπαραγωγής και εξαφάνισης των ατόμων. Υπάρχει ένας αριθμός διαφορετικών στρατηγικών διάδοσης, καθεμία με ξεχωριστά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. όλα αυτά θα περιγραφούν σε αυτή την περίληψη.

Και ο σκοπός της δουλειάς μου είναι να εξετάσω ορισμένους τύπους αναπαραγωγής.

Αφυλική και σεξουαλική αναπαραγωγή

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι αναπαραγωγής - η ασεξουαλική και η σεξουαλική. Η ασεξουαλική αναπαραγωγή συμβαίνει χωρίς σχηματισμό γαμετών και αφορά μόνο έναν οργανισμό. Η ασεξουαλική αναπαραγωγή παράγει συνήθως πανομοιότυπους απογόνους και η μόνη πηγή γενετικής διαφοροποίησης είναι οι τυχαίες μεταλλάξεις.

Η γενετική ποικιλότητα είναι ευεργετική για το είδος, καθώς παρέχει «πρώτες ύλες» για τη φυσική επιλογή, άρα και για την εξέλιξη. Οι απόγονοι που είναι περισσότερο προσαρμοσμένοι στο περιβάλλον τους θα έχουν πλεονέκτημα σε σχέση με άλλα μέλη του ίδιου είδους και θα έχουν μεγαλύτερες πιθανότητες να επιβιώσουν και να μεταδώσουν τα γονίδιά τους στην επόμενη γενιά. Χάρη σε αυτό, τα είδη μπορούν να αλλάξουν, δηλ. είναι δυνατή η διαδικασία της ειδογένεσης. Αυξημένη ποικιλία μπορεί να επιτευχθεί με την ανάμειξη των γονιδίων δύο διαφορετικών ατόμων, μια διαδικασία που ονομάζεται γενετικός ανασυνδυασμός, που είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της σεξουαλικής αναπαραγωγής. Σε μια πρωτόγονη μορφή, γενετικός ανασυνδυασμός βρίσκεται ήδη σε ορισμένα βακτήρια.

Αφυλική αναπαραγωγή

Στην ασεξουαλική αναπαραγωγή, οι απόγονοι προέρχονται από έναν οργανισμό, χωρίς τη σύντηξη γαμετών. Η μείωση δεν εμπλέκεται στη διαδικασία της ασεξουαλικής αναπαραγωγής (εκτός αν μιλάμε για φυτικούς οργανισμούς με εναλλασσόμενες γενιές) και οι απόγονοι είναι πανομοιότυποι με το γονικό άτομο. Οι ίδιοι απόγονοι που προέρχονται από τον ίδιο γονέα ονομάζονται κλώνοι. Τα μέλη του ίδιου κλώνου μπορεί να είναι γενετικά διαφορετικά μόνο εάν συμβεί μια τυχαία μετάλλαξη. Τα ανώτερα ζώα δεν είναι ικανά για ασεξουαλική αναπαραγωγή, αλλά έχουν γίνει πρόσφατα αρκετές επιτυχημένες προσπάθειες για την τεχνητή κλωνοποίηση ορισμένων ειδών. θα τα δούμε αργότερα.

Διαίρεση

Σχηματισμός σπορίων (σπορίωση)

Τα σπόρια είναι μια μονοκύτταρη αναπαραγωγική μονάδα, συνήθως μικροσκοπικού μεγέθους, που αποτελείται από μια μικρή ποσότητα κυτταροπλάσματος και έναν πυρήνα. Ο σχηματισμός σπορίων παρατηρείται σε βακτήρια, πρωτόζωα, εκπροσώπους όλων των ομάδων πράσινων φυτών και όλων των ομάδων μυκήτων. Τα σπόρια μπορεί να ποικίλλουν ως προς τον τύπο και τη λειτουργία και συχνά σχηματίζονται σε ειδικές δομές.

Συχνά, τα σπόρια σχηματίζονται σε μεγάλες ποσότητες και έχουν αμελητέο βάρος, γεγονός που διευκολύνει τη διάδοσή τους από τον άνεμο, καθώς και από ζώα, κυρίως έντομα. Λόγω του μικρού τους μεγέθους, τα σπόρια συνήθως περιέχουν ελάχιστα αποθέματα θρεπτικών συστατικών. Επειδή πολλά σπόρια δεν φτάνουν σε κατάλληλη θέση για βλάστηση, οι απώλειες σπορίων είναι πολύ υψηλές. Το κύριο πλεονέκτημα τέτοιων σπορίων είναι η ικανότητα γρήγορης αναπαραγωγής και εξάπλωσης ειδών, ιδιαίτερα μυκήτων.

Τα βακτηριακά σπόρια, αυστηρά μιλώντας, δεν χρησιμεύουν για αναπαραγωγή, αλλά για να επιβιώσουν κάτω από δυσμενείς συνθήκες, αφού κάθε βακτήριο παράγει μόνο ένα σπόριο. Τα βακτηριακά σπόρια είναι από τα πιο ανθεκτικά: για παράδειγμα, συχνά αντέχουν τη θεραπεία με ισχυρά απολυμαντικά και το βράσιμο σε νερό.

Εκκολαπτόμενος

Η εκβλάστηση είναι μια από τις μορφές ασεξουαλικής αναπαραγωγής, κατά την οποία ένα νέο άτομο σχηματίζεται με τη μορφή μιας έκφυσης (μπουμπούκι) στο σώμα του γονικού ατόμου και στη συνέχεια διαχωρίζεται από αυτό, μετατρέποντας σε έναν ανεξάρτητο οργανισμό, εντελώς πανομοιότυπο με τον μητρική εταιρεία. Η εκβλάστηση εμφανίζεται σε διαφορετικές ομάδες οργανισμών, ιδιαίτερα σε συνεντερικά όπως η Ύδρα (Εικ. 1) και σε μονοκύτταρους μύκητες όπως η μαγιά. Στην τελευταία περίπτωση, η εκβλάστηση διαφέρει από τη σχάση (η οποία παρατηρείται επίσης στη μαγιά) στο ότι τα δύο προκύπτοντα μέρη έχουν διαφορετικά μεγέθη.

Μια ασυνήθιστη μορφή εκβλάστησης περιγράφεται στο χυμώδες φυτό bryophyllum, ένα ξηρόφυτο που καλλιεργείται συχνά ως διακοσμητικό φυτό εσωτερικού χώρου: μικροσκοπικά φυτά εξοπλισμένα με μικρές ρίζες αναπτύσσονται κατά μήκος των άκρων των φύλλων του (Εικ. 2). αυτοί οι «μπουμπούκια» τελικά πέφτουν και αρχίζουν να υπάρχουν ως ανεξάρτητα φυτά.

Αναπαραγωγή με θραύσματα (κατακερματισμός)

Ο κατακερματισμός είναι η διαίρεση ενός ατόμου σε δύο ή περισσότερα μέρη, καθένα από τα οποία μεγαλώνει και σχηματίζει ένα νέο άτομο. Ο κατακερματισμός συμβαίνει, για παράδειγμα, σε νηματοειδή φύκια όπως το Spirogyra. Το νήμα της σπιρόγυρας μπορεί να σπάσει σε δύο μέρη οπουδήποτε.

Κατακερματισμός παρατηρείται επίσης σε ορισμένα κατώτερα ζώα, τα οποία, σε αντίθεση με πιο οργανωμένες μορφές, διατηρούν σημαντική ικανότητα αναγέννησης από σχετικά κακώς διαφοροποιημένα κύτταρα. Για παράδειγμα, το σώμα των nemerteans (μια ομάδα πρωτόγονων σκουληκιών, κυρίως θαλάσσιων) σχίζεται ιδιαίτερα εύκολα σε πολλά μέρη, καθένα από τα οποία μπορεί να δημιουργήσει ένα νέο άτομο ως αποτέλεσμα της αναγέννησης. Σε αυτή την περίπτωση, η αναγέννηση είναι μια φυσιολογική και ρυθμιζόμενη διαδικασία. Ωστόσο, σε ορισμένα ζώα (για παράδειγμα, αστερίες), η αποκατάσταση από μεμονωμένα μέρη γίνεται μόνο μετά από τυχαίο κατακερματισμό. Ζώα ικανά για αναγέννηση χρησιμεύουν ως αντικείμενα για πειραματική μελέτη αυτής της διαδικασίας. Συχνά χρησιμοποιείται ένα ελεύθερο σκουλήκι planarian. Τέτοια πειράματα βοηθούν στην κατανόηση της διαδικασίας διαφοροποίησης.

Αγενής πολλαπλασιασμός

Ο αγενής πολλαπλασιασμός είναι μια μορφή ασεξουαλικού πολλαπλασιασμού κατά την οποία ένα σχετικά μεγάλο, συνήθως διαφοροποιημένο τμήμα διαχωρίζεται από το φυτό και εξελίσσεται σε ένα ανεξάρτητο φυτό. Ουσιαστικά, ο αγενής πολλαπλασιασμός είναι παρόμοιος με την εκβλάστηση. Συχνά, τα φυτά σχηματίζουν δομές ειδικά σχεδιασμένες για αυτό το σκοπό: βολβοί, βολβοί, ριζώματα, στόλωνες και κόνδυλοι. Ορισμένες από αυτές τις δομές χρησιμεύουν επίσης για την αποθήκευση θρεπτικών συστατικών, επιτρέποντας στο φυτό να επιβιώσει σε περιόδους δυσμενών συνθηκών όπως το κρύο ή η ξηρασία. Τα όργανα αποθήκευσης επιτρέπουν στο φυτό να επιβιώσει το χειμώνα και να παράγει άνθη και καρπούς το επόμενο έτος (διετή φυτά) ή να επιβιώσει για πολλά χρόνια (πολυετή φυτά). Αυτά τα όργανα, που ονομάζονται όργανα διαχείμασης, περιλαμβάνουν βολβούς, βολβούς, ριζώματα και κόνδυλους.

Όργανα που διαχειμάζουν μπορεί επίσης να είναι μίσχοι, ρίζες ή ολόκληροι βλαστοί (μπουμπούκια), αλλά σε όλες τις περιπτώσεις τα θρεπτικά συστατικά που περιέχουν δημιουργούνται κυρίως κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης που συμβαίνει στα φύλλα του τρέχοντος έτους. Τα θρεπτικά συστατικά που προκύπτουν μεταφέρονται στο αποθηκευτικό όργανο και στη συνέχεια συνήθως μετατρέπονται σε κάποιο αδιάλυτο αποθηκευτικό υλικό, όπως το άμυλο. Όταν συμβαίνουν δυσμενείς συνθήκες, τα υπέργεια μέρη του φυτού πεθαίνουν και το υπόγειο όργανο σε χειμερία νάρκη μεταβαίνει σε αδρανή κατάσταση. Στην αρχή της επόμενης καλλιεργητικής περιόδου, τα αποθέματα θρεπτικών ουσιών κινητοποιούνται με τη βοήθεια ενζύμων: οι μπουμπούκια ξυπνούν και οι διαδικασίες ενεργούς ανάπτυξης και ανάπτυξης ξεκινούν σε αυτούς λόγω των αποθηκευμένων θρεπτικών συστατικών. Εάν ξεφυτρώσουν περισσότερα από ένα μπουμπούκια, τότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι έχει συμβεί αναπαραγωγή.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, σχηματίζονται ειδικά όργανα που χρησιμεύουν για βλαστικό πολλαπλασιασμό. Αυτά είναι τα τροποποιημένα μέρη του στελέχους - κόνδυλοι πατάτας, βολβοί κρεμμυδιού, βολβοί σκόρδου, βολβοί στις μασχάλες των φύλλων του bluegrass, βλαστοί νεαρών κ.λπ. Οι φράουλες αναπαράγονται με «μουστάκια» (Εικ. 3). Στους κόμβους των βλαστών σχηματίζονται τυχαίες ρίζες και από τους μασχαλιαίους οφθαλμούς σχηματίζονται βλαστοί με φύλλα. Στη συνέχεια, τα μεσογονάτια πεθαίνουν και το νέο φυτό χάνει τη σύνδεσή του με το μητρικό φυτό.

Στη γεωργική πρακτική, ο αγενής πολλαπλασιασμός των φυτών χρησιμοποιείται αρκετά ευρέως.

Κλωνοποίηση ανώτερων φυτών και ζώων

Όπως ήδη αναφέρθηκε, η απόκτηση πανομοιότυπων απογόνων μέσω ασεξουαλικής αναπαραγωγής ονομάζεται κλωνοποίηση. Στις αρχές της δεκαετίας του εξήντα, αναπτύχθηκαν μέθοδοι που κατέστησαν δυνατή την επιτυχή κλωνοποίηση ορισμένων ανώτερων φυτών και ζώων. Αυτές οι μέθοδοι προέκυψαν ως αποτέλεσμα προσπαθειών να αποδειχθεί ότι οι πυρήνες των ώριμων κυττάρων, έχοντας ολοκληρώσει την ανάπτυξή τους, περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για την κωδικοποίηση όλων των χαρακτηριστικών ενός οργανισμού και ότι η εξειδίκευση των κυττάρων οφείλεται στην ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ορισμένων γονίδια και όχι την απώλεια ορισμένων από αυτά. Την πρώτη επιτυχία πέτυχε ο καθ. Steward στο Πανεπιστήμιο Cornell, ο οποίος έδειξε ότι με την ανάπτυξη μεμονωμένων κυττάρων ρίζας καρότου (το βρώσιμο μέρος) σε ένα μέσο που περιέχει τα σωστά θρεπτικά συστατικά και ορμόνες, θα μπορούσε να προκληθεί κυτταρική διαίρεση, οδηγώντας στον σχηματισμό νέων φυτών καρότου.

Αμέσως μετά, ο Gurdon, που εργαζόταν στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, πέτυχε την πρώτη κλωνοποίηση ενός σπονδυλωτού ζώου. Τα σπονδυλωτά δεν σχηματίζουν κλώνους υπό φυσικές συνθήκες. Ωστόσο, μεταμοσχεύοντας έναν πυρήνα από το εντερικό κύτταρο ενός βατράχου σε ένα αυγό του οποίου ο πυρήνας είχε προηγουμένως καταστραφεί από την υπεριώδη ακτινοβολία, ο Gurdon κατάφερε να αναπτύξει έναν γυρίνο και στη συνέχεια έναν βάτραχο, πανομοιότυπο με το άτομο από το οποίο ελήφθη ο πυρήνας.

Πειράματα αυτού του είδους όχι μόνο αποδεικνύουν ότι τα διαφοροποιημένα (εξειδικευμένα) κύτταρα περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για την ανάπτυξη ολόκληρου του οργανισμού, αλλά μας επιτρέπουν επίσης να περιμένουμε ότι παρόμοιες μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κλωνοποίηση σπονδυλωτών σε υψηλότερα στάδια ανάπτυξης, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Η κλωνοποίηση των επιθυμητών ζώων, όπως ταύρων αναπαραγωγής, αλόγων κούρσας κ.λπ., μπορεί να είναι εξίσου κερδοφόρα με την κλωνοποίηση φυτών, η οποία, όπως αναφέρθηκε, έχει ήδη γίνει. Ωστόσο, η εφαρμογή μεθόδων κλωνοποίησης στον άνθρωπο συνδέεται με σοβαρά ηθικά προβλήματα. Θεωρητικά, είναι δυνατό να δημιουργηθεί οποιοσδήποτε αριθμός γενετικά πανομοιότυπων αντιγράφων ενός δεδομένου άνδρα ή γυναίκας. Με την πρώτη ματιά, μπορεί να φαίνεται ότι ταλαντούχοι επιστήμονες ή καλλιτέχνες θα μπορούσαν να αναπαραχθούν με αυτόν τον τρόπο. Ωστόσο, πρέπει να θυμόμαστε ότι ο βαθμός επιρροής που ασκείται στην ανάπτυξη από το περιβάλλον δεν είναι ακόμη απολύτως σαφής, και ωστόσο κάθε κλωνοποιημένο κύτταρο πρέπει να περάσει ξανά από όλα τα στάδια ανάπτυξης, δηλαδή στην περίπτωση ενός ατόμου, τα στάδια εμβρύου, εμβρύου , βρέφος κ.λπ.

Σεξουαλική αναπαραγωγή.

Στη σεξουαλική αναπαραγωγή, οι απόγονοι παράγονται από τη σύντηξη γενετικού υλικού από απλοειδείς πυρήνες. Συνήθως αυτοί οι πυρήνες περιέχονται σε εξειδικευμένα γεννητικά κύτταρα - γαμέτες. Κατά τη γονιμοποίηση, οι γαμέτες συντήκονται για να σχηματίσουν έναν διπλοειδή ζυγώτη, ο οποίος κατά την ανάπτυξη παράγει έναν ώριμο οργανισμό. Οι γαμέτες είναι απλοειδείς - περιέχουν ένα σύνολο χρωμοσωμάτων που προκύπτουν από μείωση. χρησιμεύουν ως σύνδεσμος μεταξύ αυτής της γενιάς και της επόμενης (κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή των ανθοφόρων φυτών, δεν συγχωνεύονται τα κύτταρα, αλλά οι πυρήνες, αλλά συνήθως αυτοί οι πυρήνες ονομάζονται επίσης γαμέτες.)

Η μείωση είναι ένα σημαντικό στάδιο στους κύκλους ζωής που περιλαμβάνει τη σεξουαλική αναπαραγωγή, καθώς οδηγεί σε μείωση της ποσότητας του γενετικού υλικού κατά το ήμισυ. Χάρη σε αυτό, σε μια σειρά γενεών που αναπαράγονται σεξουαλικά, ο αριθμός αυτός παραμένει σταθερός, αν και κατά τη γονιμοποίηση διπλασιάζεται κάθε φορά. Κατά τη διάρκεια της μείωσης, ως αποτέλεσμα της τυχαίας απόκλισης των χρωμοσωμάτων (ανεξάρτητη κατανομή) και της ανταλλαγής γενετικού υλικού μεταξύ ομόλογων χρωμοσωμάτων (διασταύρωση), εμφανίζονται νέοι συνδυασμοί γονιδίων σε έναν γαμετή και μια τέτοια ανακάτεμα αυξάνει τη γενετική ποικιλότητα. Η σύντηξη απλοειδών πυρήνων που περιέχονται στους γαμέτες ονομάζεται γονιμοποίηση ή συνγαμία. οδηγεί στο σχηματισμό ενός διπλοειδούς ζυγώτη, δηλαδή ενός κυττάρου που περιέχει ένα σύνολο χρωμοσωμάτων από κάθε γονέα. Αυτός ο συνδυασμός δύο ομάδων χρωμοσωμάτων στο ζυγωτό (γενετικός ανασυνδυασμός) αντιπροσωπεύει τη γενετική βάση της ενδοειδικής παραλλαγής. Ο ζυγώτης μεγαλώνει και εξελίσσεται σε έναν ώριμο οργανισμό της επόμενης γενιάς. Έτσι, κατά τη διάρκεια της σεξουαλικής αναπαραγωγής στον κύκλο ζωής, εμφανίζεται μια εναλλαγή διπλοειδών και απλοειδών φάσεων και σε διαφορετικούς οργανισμούς αυτές οι φάσεις παίρνουν διαφορετικές μορφές.

Οι γαμέτες διατίθενται συνήθως σε δύο τύπους, αρσενικούς και θηλυκούς, αλλά ορισμένοι πρωτόγονοι οργανισμοί παράγουν μόνο έναν τύπο γαμετών. Σε οργανισμούς που παράγουν δύο τύπους γαμετών, μπορούν να παραχθούν από αρσενικούς και θηλυκούς γονείς, αντίστοιχα, ή μπορεί το ίδιο άτομο να έχει και αρσενικά και θηλυκά αναπαραγωγικά όργανα. Τα είδη στα οποία υπάρχουν χωριστά αρσενικά και θηλυκά άτομα ονομάζονται δίοικα. τέτοια είναι τα περισσότερα ζώα και οι άνθρωποι. Μεταξύ των ανθοφόρων φυτών υπάρχουν και δίοικα είδη. Εάν στα μονοοικογενή είδη σχηματίζονται αρσενικά και θηλυκά άνθη στο ίδιο φυτό, όπως, για παράδειγμα, στο αγγούρι και την φουντουκιά, τότε στα δίοικα είδη ορισμένα φυτά έχουν μόνο αρσενικά και άλλα μόνο θηλυκά άνθη, όπως στο πουρνάρι ή το πουρνάρι.

Ερμαφροδιτισμός

Παρθενογένεση

Η παρθενογένεση είναι μια από τις τροποποιήσεις της σεξουαλικής αναπαραγωγής κατά την οποία ο θηλυκός γαμίτης εξελίσσεται σε νέο άτομο χωρίς γονιμοποίηση από τον αρσενικό γαμίτη. Η παρθενογενετική αναπαραγωγή συμβαίνει τόσο στο ζωικό όσο και στο φυτικό βασίλειο και έχει το πλεονέκτημα ότι αυξάνει τον ρυθμό αναπαραγωγής σε ορισμένες περιπτώσεις.

Υπάρχουν δύο τύποι παρθενογένεσης - απλοειδής και διπλοειδής, ανάλογα με τον αριθμό των χρωμοσωμάτων στον θηλυκό γαμετή. Σε πολλά έντομα, συμπεριλαμβανομένων των μυρμηγκιών, των μελισσών και των σφηκών, εμφανίζονται διάφορες κάστες οργανισμών σε μια δεδομένη κοινότητα ως αποτέλεσμα της απλοειδούς παρθενογένεσης. Σε αυτά τα είδη, εμφανίζεται μείωση και σχηματίζονται απλοειδή γαμέτες. Μερικά ωάρια γονιμοποιούνται και εξελίσσονται σε διπλοειδή θηλυκά, ενώ τα μη γονιμοποιημένα αυγά εξελίσσονται σε γόνιμα απλοειδή αρσενικά. Για παράδειγμα, στη μέλισσα, η βασίλισσα γεννά γονιμοποιημένα αυγά (2n = 32), τα οποία εξελίσσονται σε θηλυκά (βασίλισσες ή εργάτριες) και μη γονιμοποιημένα αυγά (n = 16), τα οποία παράγουν αρσενικά (κηφήνες) που παράγουν σπέρμα με μίτωση. και όχι μείωση. Η ανάπτυξη ατόμων αυτών των τριών τύπων στη μέλισσα παρουσιάζεται σχηματικά στο Σχ. 4. Αυτός ο μηχανισμός αναπαραγωγής στα κοινωνικά έντομα έχει προσαρμοστική σημασία, αφού σας επιτρέπει να ρυθμίζετε τον αριθμό των απογόνων κάθε τύπου.

Στις αφίδες, εμφανίζεται διπλοειδής παρθενογένεση, κατά την οποία τα θηλυκά ωάρια υφίστανται μια ειδική μορφή μείωσης χωρίς διαχωρισμό χρωμοσωμάτων - όλα τα χρωμοσώματα περνούν στο ωάριο και τα πολικά σώματα δεν λαμβάνουν ούτε ένα χρωμόσωμα. Τα αυγά αναπτύσσονται στο σώμα της μητέρας, έτσι ώστε τα νεαρά θηλυκά να γεννιούνται πλήρως σχηματισμένα, αντί να εκκολάπτονται από τα αυγά. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ζωτικότητα. Μπορεί να συνεχιστεί για αρκετές γενιές, ειδικά το καλοκαίρι, έως ότου συμβεί σχεδόν πλήρης μη διάσπαση σε ένα από τα κύτταρα, με αποτέλεσμα ένα κύτταρο να περιέχει όλα τα ζεύγη αυτοσωμάτων και ένα χρωμόσωμα Χ. Από αυτό το κύτταρο το αρσενικό αναπτύσσεται παρθενογενετικά. Αυτά τα αρσενικά του φθινοπώρου και τα παρθενογενετικά θηλυκά παράγουν απλοειδή γαμέτες μέσω της μείωσης που συμμετέχουν στη σεξουαλική αναπαραγωγή. Τα γονιμοποιημένα θηλυκά γεννούν διπλοειδή αυγά, τα οποία διαχειμάζουν και την άνοιξη εκκολάπτονται σε θηλυκά που αναπαράγονται παρθενογενετικά και γεννούν ζωντανούς απογόνους. Αρκετές παρθενογενετικές γενιές ακολουθούνται από μια γενιά που προκύπτει από τη φυσιολογική σεξουαλική αναπαραγωγή, η οποία εισάγει γενετική ποικιλότητα στον πληθυσμό μέσω του ανασυνδυασμού. Το κύριο πλεονέκτημα που δίνει η παρθενογένεση στις αφίδες είναι η ραγδαία αύξηση του πληθυσμού, αφού όλα τα ώριμα μέλη της είναι ικανά να γεννούν αυγά. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε περιόδους που οι περιβαλλοντικές συνθήκες είναι ευνοϊκές για την ύπαρξη μεγάλου πληθυσμού, δηλαδή τους καλοκαιρινούς μήνες.

Η παρθενογένεση είναι ευρέως διαδεδομένη στα φυτά, όπου παίρνει διάφορες μορφές. Ένα από αυτά, το apomixis, είναι η παρθενογένεση, που προσομοιώνει τη σεξουαλική αναπαραγωγή. Το Apomixis παρατηρείται σε ορισμένα ανθοφόρα φυτά στα οποία το διπλοειδές ωοθυλακικό κύτταρο, είτε πυρηνοκύτταρο είτε μεγάσπορο, εξελίσσεται σε λειτουργικό έμβρυο χωρίς τη συμμετοχή αρσενικού γαμέτη. Το υπόλοιπο ωάριο σχηματίζει τον σπόρο και η ωοθήκη αναπτύσσεται σε καρπό. Σε άλλες περιπτώσεις απαιτείται η παρουσία γυρεόκοκκου που διεγείρει την παρθενογένεση, αν και δεν βλασταίνει. ο κόκκος γύρης προκαλεί ορμονικές αλλαγές που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη του εμβρύου και στην πράξη τέτοιες περιπτώσεις είναι δύσκολο να διακριθούν από την πραγματική σεξουαλική αναπαραγωγή

Η γονιμοποίηση γίνεται με μοναδικό τρόπο στα ανθοφόρα φυτά. Μετά τη γονιμοποίηση, το ωάριο παράγει έναν σπόρο που περιέχει ένα έμβρυο και μια προσφορά θρεπτικών συστατικών. Πώς σχηματίζεται η παροχή θρεπτικών συστατικών στον σπόρο;

Στα ανθοφόρα φυτά γίνεται διπλή λίπανση. Κατά τη διάρκεια της επικονίασης, ο κόκκος της γύρης προσγειώνεται στο στίγμα του ύπερου και βλασταίνει ( ρύζι. 57), σχηματίζοντας ένα σωλήνα γύρης. Σχηματίζεται από ένα βλαστικό κύτταρο και αναπτύσσεται γρήγορα, φτάνοντας στην ωοθήκη. Στο τέλος του σωλήνα γύρης υπάρχουν δύο σπερματοζωάρια.

* Σε αντίθεση με το κινητικό σπέρμα των κατώτερων φυτών, το σπέρμα των ανθοφόρων φυτών είναι ακίνητο και μπορεί να διεισδύσει στο ωάριο μόνο μέσω του σωλήνα γύρης.

Ο σωλήνας γύρης μεγαλώνει στο ωάριο, το άκρο του σπάει και το σπέρμα εισέρχεται στον εμβρυϊκό σάκο. Ένα από αυτά λιώνει με το αυγό. Σχηματίζεται ένα διπλοειδές κύτταρο - ένας ζυγώτης. Το δεύτερο σπέρμα συγχωνεύεται με τον διπλοειδή δευτερεύοντα πυρήνα του εμβρυϊκού σάκου. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα κύτταρο με ένα τριπλό σύνολο χρωμοσωμάτων, από τα οποία σχηματίζεται ενδοσπέρμιο μέσω επαναλαμβανόμενων μιτώσεων - ιστού που περιέχει μια παροχή θρεπτικών συστατικών.

Διπλή λίπανση σε ανθοφόρα φυτά

Τα μυστικά του φύλου [Άνδρας και γυναίκα στον καθρέφτη της εξέλιξης] Butovskaya Marina Lvovna

Μηχανισμοί σεξουαλικής αναπαραγωγής

Στα ζώα που αναπαράγονται σεξουαλικά, παράγονται μόνο δύο τύποι γαμετών στα γεννητικά όργανα - αρσενικά (μικρά και κινητά) και θηλυκά (μεγάλοι και ακίνητοι). Σε καμία περίπτωση τα γεννητικά κύτταρα δεν είναι ενδιάμεσου τύπου, συνδυάζοντας τις ιδιότητες των αρσενικών και θηλυκών γαμετών.

Γιατί η διαδικασία της εξέλιξης δημιούργησε δύο φύλα - αρσενικό και θηλυκό; Γιατί όχι τρία, τέσσερα ή περισσότερα; Και γιατί, στην πραγματικότητα, τα σεξουαλικά κύτταρα δεν μπορούν να είναι ενδιάμεσου μεγέθους; Οι L. Miele, R. Trivers και άλλοι δίνουν την εξής εξήγηση. Γεγονός είναι ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή διαμορφώθηκε υπό την επίδραση μιας ειδικής μορφής φυσικής επιλογής (σεξουαλική επιλογή), στην οποία άτομα που παρήγαγαν σεξουαλικά κύτταρα ενδιάμεσου μεγέθους εξαλείφονταν διαδοχικά από τον αρχικό πληθυσμό (Εικ. 1.2). Αυτό συνέβη επειδή τα άτομα που παράγουν μικρούς γαμέτες επιλέχθηκαν μόνο με την προϋπόθεση ότι είχαν σεξουαλικές σχέσεις με άτομα που έφεραν μεγάλους γαμέτες και αντίστροφα. Η επιλογή για το μέγεθος γαμετών έγινε σε συνδυασμό με την επιλογή για την επιλεκτικότητα του σεξουαλικού συντρόφου.

Ρύζι. 1.2. Εξέλιξη της ανισογαμίας μέσω διασπαστικής επιλογής για το μέγεθος γαμετών. Ο άξονας της τετμημένης δείχνει το μέγεθος των γαμετών και ο άξονας των τεταγμένων δείχνει τη συχνότητα εμφάνισης του γονικού τύπου γαμετών. (Δίνεται από το Mealey. 2000).

Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα είδος ζώου που αναπαράγεται σεξουαλικά, στο οποίο ορισμένα άτομα παράγουν μεγάλους, πλούσιους σε θρεπτικά συστατικά γαμέτες, άλλα παράγουν μικρούς και κινητούς και άλλα παράγουν γαμέτες ενδιάμεσου τύπου. Τα άτομα που παράγουν μικρούς γαμέτες μπορούν να παράγουν σημαντικά περισσότερους από αυτούς από άτομα που παράγουν μεγάλους ή μεσαίου μεγέθους γαμέτες. Είναι σε θέση να αναπαράγονται πολύ πιο συχνά από τους παραγωγούς μεγάλων και μεσαίου μεγέθους γαμετών. Επομένως, σταδιακά στον πληθυσμό αυτού του είδους θα πρέπει να αυξηθεί το ποσοστό των ατόμων που παράγουν μικρά γεννητικά κύτταρα φτωχά σε θρεπτικά συστατικά.

Ωστόσο, οι μικροί γαμέτες έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα: ο συνδυασμός με γεννητικά κύτταρα ίδιου μεγέθους δεν δίνει στο ζυγώτη ουσιαστικά καμία πιθανότητα επιβίωσης. Ακόμα κι αν τέτοια «πρωταρσενικά» ζευγαρώνουν πολύ πιο συχνά από τα «πρωτοθηλυκά» που παράγουν μεγάλους γαμέτες, η επιτυχία τους να αφήσουν απογόνους είναι χαμηλή. Σε έναν πληθυσμό άφθονο σε πρωτοαρσενικά, οποιαδήποτε πρωτοθηλυκά θα λάβει σημαντικά πλεονεκτήματα: σε τελική ανάλυση, έχουν πολλούς «κύριους» και οι πιθανότητες επιβίωσης του γονιμοποιημένου, μεγάλου μεγέθους ωαρίου τους είναι οι μεγαλύτερες. Ως αποτέλεσμα, ο φορέας επιλογής στον πληθυσμό μετατοπίζεται σε διαφορετική κατεύθυνση - άτομα που παράγουν μεγάλους γαμέτες αρχίζουν να επιλέγονται. Σε αυτό το πλαίσιο, οι μεσαίου μεγέθους γαμέτες δεν λαμβάνουν κανένα πλεονέκτημα σε καμία περίπτωση και σταδιακά ξεπλένονται από τον πληθυσμό.

Από το βιβλίο Θεραπευτική Κυνολογία. Θεωρητικές προσεγγίσεις και πρακτική εφαρμογή (με εικονογραφήσεις) συγγραφέας Subbotin A V

Προϋποθέσεις για την ανάδυση της θεραπευτικής κυνολογίας. Διεπιστημονική ανάλυση Η μέθοδος θεραπευτικής θεραπείας σκύλων που προτείνουμε έχει μια διεπιστημονική πτυχή. Γι' αυτό θα θέλαμε να προσεγγίσουμε την περιγραφή αυτού του ζητήματος από διαφορετικές οπτικές γωνίες, αφού δεν φαίνεται

Από το βιβλίο Θεραπευτική Κυνολογία. Θεωρητικές προσεγγίσεις και πρακτική εφαρμογή συγγραφέας Subbotin A V

Προϋποθέσεις για την ανάδυση της θεραπευτικής κυνολογίας. Διεπιστημονική ανάλυση Η μέθοδος θεραπευτικής θεραπείας σκύλων που προτείνουμε έχει μια διεπιστημονική πτυχή. Γι' αυτό θα θέλαμε να προσεγγίσουμε την περιγραφή αυτού του ζητήματος από διαφορετικές οπτικές γωνίες, αφού δεν είναι εφικτό

Από το βιβλίο Breeding Dogs συγγραφέας Σότσκαγια Μαρία Νικολάεβνα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΣΕΞΟΥΑΛΙΚΗΣ ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ Μέθοδοι αναπαραγωγής Η αναπαραγωγή είναι η σημαντικότερη βιολογική διαδικασία που διασφαλίζει τη διατήρηση και την αύξηση του αριθμού ενός είδους, τη δυνατότητα διασποράς του και, τελικά, την επιτυχία του αγώνα για ύπαρξη. Στον κόσμο των ζώων

Από το βιβλίο Βιολογία [Πλήρες βιβλίο αναφοράς για την προετοιμασία για την Ενιαία Κρατική Εξέταση] συγγραφέας Λέρνερ Γκεόργκι Ισαάκοβιτς

Μέθοδοι αναπαραγωγής Η αναπαραγωγή είναι η σημαντικότερη βιολογική διαδικασία που εξασφαλίζει τη διατήρηση και την αύξηση του αριθμού ενός είδους, τη δυνατότητα επανεγκατάστασής του και, τελικά, την επιτυχία του αγώνα για ύπαρξη. Στον κόσμο των ζώων υπάρχουν διάφορες μέθοδοι αναπαραγωγής,

Από το βιβλίο The Origin of the Brain συγγραφέας Σαβέλιεφ Σεργκέι Βιατσεσλάβοβιτς

Αιτίες εμβρυϊκών αναπτυξιακών ανωμαλιών Ολόκληρη η ενδομήτρια ανάπτυξη ενός κουταβιού από ένα μόνο κύτταρο - το ζυγωτό - έως τη γέννηση λαμβάνει χώρα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα δύο μηνών, σχεδόν το 1/4 της οποίας συμβαίνει κατά την περίοδο της διάπαυσης , στην ανάπτυξη του εμβρύου

Από το βιβλίο Γονίδια και ανάπτυξη του σώματος συγγραφέας Neyfakh Alexander Alexandrovich

Από το βιβλίο The Birth of Complexity [Evolutionary Biology Today: Unnexpected Discoveries and New Questions] συγγραφέας Markov Alexander Vladimirovich

§ 38. Προϋποθέσεις για την εμφάνιση του εγκεφάλου των ερπετών Το συνειρμικό εγκεφαλικό κέντρο δεν μπορεί να προκύψει τυχαία. Το ενεργειακό κόστος της διατήρησης του κέντρου συσχέτισης του εγκεφάλου και το κόστος αλλαγής των στρατηγικών συμπεριφοράς είναι πάντα πολύ υψηλά (βλ. Κεφάλαιο I). Πρέπει να υπάρχει λόγος για κάτι τέτοιο

Από το βιβλίο Στον Αθέατο Κόσμο συγγραφέας Blinkin Semyon Alexandrovich

§ 44. Προϋποθέσεις για την ανάδυση του εγκεφάλου των πτηνών Αν στραφούμε στη μορφολογία των πτηνών, οι προϋποθέσεις για την εξειδίκευσή τους θα γίνουν αρκετά εμφανείς. Το κύριο αισθητήριο όργανο των αρχαϊκών πτηνών ήταν η όραση. Η εθμοειδής αίσθηση της αφής, καλά ανεπτυγμένη στα ερπετά, εμφανίστηκε ήδη στα σύγχρονα πουλιά

Από το βιβλίο Βιολογία. Γενική βιολογία. Βαθμός 11. Ένα βασικό επίπεδο του συγγραφέας Σιβογκλάζοφ Βλάντισλαβ Ιβάνοβιτς

4. Άλλοι μηχανισμοί διαφορών Πολλές περιπτώσεις στις οποίες δεν γνωρίζουμε σχεδόν τίποτα για τους μηχανισμούς διαφοροποίησης εμπίπτουν σε αυτήν την κατηγορία. Ίσως το πιο μελετημένο τώρα είναι η πρωταρχική διαφοροποίηση του εμβρύου θηλαστικού στο ίδιο το έμβρυο και

Από το βιβλίο Current State of the Biosphere and Environmental Policy συγγραφέας Kolesnik Yu.

The Adventures of Protozoon (ένα μοντέλο ανάδυσης ενός σύνθετου οργανισμού από έναν απλό) Ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε πώς, στην πορεία της εξέλιξης, το σύνθετο μπορεί να γεννηθεί από το απλό. Για να το κάνω αυτό, θέλω να προσφέρω στους αναγνώστες ένα αστείο νοητικό μοντέλο Ο ήρωας της ιστορίας μας

Από το βιβλίο Anthropology and Concepts of Biology συγγραφέας

Μυστήρια για την εμφάνιση κακοήθων όγκων Οι κακοήθεις όγκοι είναι μια πολύ αρχαία ασθένεια. Αυτό αποδεικνύεται από τα ευρήματα των παλαιοντολόγων (ίχνη διαφόρων όγκων βρέθηκαν σε ζώα που έζησαν πολλές χιλιάδες και εκατομμύρια χρόνια πριν). Στους παπύρους Ebers και σε

Από το βιβλίο Behavior: An Evolutionary Approach συγγραφέας Κουρτσάνοφ Νικολάι Ανατόλιεβιτς

3. Προϋποθέσεις για την εμφάνιση των διδασκαλιών του Καρόλου Δαρβίνου. Ποιος ήταν ο συγγραφέας της πρώτης εξελικτικής θεωρίας; Στα μέσα του 19ου αιώνα. Πολλές νέες ανακαλύψεις έχουν γίνει στη φυσική επιστήμη.

Από το βιβλίο Sex and the Evolution of Human Nature από τον Ridley Matt

2.2. Υποθέσεις για την προέλευση της ζωής στη Γη Πολλοί στοχαστές έχουν σκεφτεί αυτά τα ερωτήματα ανά τους αιώνες: θρησκευτικές προσωπικότητες, καλλιτέχνες, φιλόσοφοι και επιστήμονες. Χωρίς βαθιά επιστημονικά δεδομένα, αναγκάστηκαν να κατασκευάσουν το πιο φανταστικό

Από το βιβλίο του συγγραφέα

4.1. Είδη αναπαραγωγής Στη διαδικασία της εξέλιξης των ζωντανών οργανισμών, υπήρξε επίσης μια εξέλιξη μεθόδων αναπαραγωγής, η ποικιλομορφία των οποίων παρατηρείται στα ζωντανά είδη. Όλες οι επιλογές αναπαραγωγής μπορούν να χωριστούν σε δύο βασικά διαφορετικούς τύπους - ασεξουαλικές και

Από το βιβλίο του συγγραφέα

8.7. Ρύθμιση των διαδικασιών αναπαραγωγής και σεξουαλικής συμπεριφοράς Η νευροχυμική ρύθμιση των διαδικασιών αναπαραγωγής και σεξουαλικής συμπεριφοράς είναι πολύ περίπλοκη. Ο ρόλος του συστήματος υποθαλάμου-υπόφυσης σε αυτή τη ρύθμιση είναι ιδιαίτερα σαφής. Υποθάλαμος, μέσω έκκρισης

Από το βιβλίο του συγγραφέα

Τι κοινό έχει η σεξουαλική αναπαραγωγή με τον εμβολιασμό Τώρα οι ανήσυχοι γνώστες θα αρχίσουν να ταράζονται από την ανυπομονησία, γιατί δεν έχω πει λέξη για την ανοσία; Θα πουν ότι ο φυσιολογικός τρόπος καταπολέμησης της ασθένειας δεν είναι το σεξ, αλλά τα αντισώματα, οι εμβολιασμοί ή κάτι τέτοιο.

Έκθεση Βιολογίας. Σεξουαλική αναπαραγωγή. Oogamy

Η ικανότητα αναπαραγωγής, δηλαδή η παραγωγή μιας νέας γενιάς ατόμων του ίδιου είδους, είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των ζωντανών οργανισμών. Κατά τη διαδικασία της αναπαραγωγής, το γενετικό υλικό μεταφέρεται από τη μητρική γενιά στην επόμενη γενιά, γεγονός που εξασφαλίζει την αναπαραγωγή χαρακτηριστικών όχι μόνο ενός συγκεκριμένου είδους, αλλά και συγκεκριμένων γονικών ατόμων. Για ένα είδος, η έννοια της αναπαραγωγής είναι να αντικαταστήσει εκείνους από τους εκπροσώπους του που πεθαίνουν, γεγονός που διασφαλίζει τη συνέχεια της ύπαρξης του είδους. Επιπλέον, υπό κατάλληλες συνθήκες, η αναπαραγωγή καθιστά δυνατή την αύξηση του συνολικού αριθμού των ειδών.

Κάθε νέο άτομο, πριν φτάσει στο στάδιο στο οποίο είναι ικανό να αναπαραχθεί, πρέπει να περάσει από μια σειρά από στάδια ανάπτυξης και εξέλιξης. Μερικά άτομα πεθαίνουν πριν φτάσουν στο αναπαραγωγικό στάδιο (ή σεξουαλική ωριμότητα) ως αποτέλεσμα καταστροφής από αρπακτικά, ασθένειες και διάφορα τυχαία γεγονότα. Ως εκ τούτου, το είδος μπορεί να επιβιώσει μόνο με την προϋπόθεση ότι κάθε γενιά παράγει περισσότερους απογόνους από ό,τι υπήρχαν γονικά άτομα που συμμετείχαν στην αναπαραγωγή. Τα μεγέθη του πληθυσμού κυμαίνονται ανάλογα με την ισορροπία μεταξύ αναπαραγωγής και εξαφάνισης των ατόμων. Υπάρχει ένας αριθμός διαφορετικών στρατηγικών διάδοσης, καθεμία με ξεχωριστά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.

Αφυλική και σεξουαλική αναπαραγωγή

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι αναπαραγωγής - η ασεξουαλική και η σεξουαλική. Η ασεξουαλική αναπαραγωγή συμβαίνει χωρίς σχηματισμό γαμετών και αφορά μόνο έναν οργανισμό. Η ασεξουαλική αναπαραγωγή παράγει συνήθως πανομοιότυπους απογόνους και η μόνη πηγή γενετικής διαφοροποίησης είναι οι τυχαίες μεταλλάξεις.

Η γενετική ποικιλότητα είναι ευεργετική για το είδος, καθώς παρέχει «πρώτες ύλες» για τη φυσική επιλογή, άρα και για την εξέλιξη. Οι απόγονοι που είναι περισσότερο προσαρμοσμένοι στο περιβάλλον τους θα έχουν πλεονέκτημα σε σχέση με άλλα μέλη του ίδιου είδους και θα έχουν μεγαλύτερες πιθανότητες να επιβιώσουν και να μεταδώσουν τα γονίδιά τους στην επόμενη γενιά. Χάρη σε αυτό, τα είδη μπορούν να αλλάξουν, δηλ. είναι δυνατή η διαδικασία της ειδογένεσης. Αυξημένη ποικιλία μπορεί να επιτευχθεί με την ανάμειξη των γονιδίων δύο διαφορετικών ατόμων, μια διαδικασία που ονομάζεται γενετικός ανασυνδυασμός, που είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της σεξουαλικής αναπαραγωγής.

Σεξουαλική αναπαραγωγή

Στη σεξουαλική αναπαραγωγή, οι απόγονοι παράγονται από τη σύντηξη γενετικού υλικού από απλοειδείς πυρήνες. Συνήθως αυτοί οι πυρήνες περιέχονται σε εξειδικευμένα γεννητικά κύτταρα - γαμέτες. Κατά τη γονιμοποίηση, οι γαμέτες συντήκονται για να σχηματίσουν έναν διπλοειδή ζυγώτη, ο οποίος κατά την ανάπτυξη παράγει έναν ώριμο οργανισμό. Οι γαμέτες είναι απλοειδείς - περιέχουν ένα σύνολο χρωμοσωμάτων που προκύπτουν από μείωση. χρησιμεύουν ως σύνδεσμος μεταξύ αυτής της γενιάς και της επόμενης (κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή των ανθοφόρων φυτών, δεν συγχωνεύονται τα κύτταρα, αλλά οι πυρήνες, αλλά συνήθως αυτοί οι πυρήνες ονομάζονται επίσης γαμέτες.)

Η μείωση είναι ένα σημαντικό στάδιο στους κύκλους ζωής που περιλαμβάνει τη σεξουαλική αναπαραγωγή, καθώς οδηγεί σε μείωση της ποσότητας του γενετικού υλικού κατά το ήμισυ. Χάρη σε αυτό, σε μια σειρά γενεών που αναπαράγονται σεξουαλικά, ο αριθμός αυτός παραμένει σταθερός, αν και κατά τη γονιμοποίηση διπλασιάζεται κάθε φορά. Κατά τη διάρκεια της μείωσης, ως αποτέλεσμα της τυχαίας απόκλισης των χρωμοσωμάτων (ανεξάρτητη κατανομή) και της ανταλλαγής γενετικού υλικού μεταξύ ομόλογων χρωμοσωμάτων (διασταύρωση), εμφανίζονται νέοι συνδυασμοί γονιδίων σε έναν γαμετή και μια τέτοια ανακάτεμα αυξάνει τη γενετική ποικιλότητα. Η σύντηξη απλοειδών πυρήνων που περιέχονται στους γαμέτες ονομάζεται γονιμοποίηση ή συνγαμία. οδηγεί στο σχηματισμό ενός διπλοειδούς ζυγώτη, δηλαδή ενός κυττάρου που περιέχει ένα σύνολο χρωμοσωμάτων από κάθε γονέα. Αυτός ο συνδυασμός δύο ομάδων χρωμοσωμάτων στο ζυγωτό (γενετικός ανασυνδυασμός) αντιπροσωπεύει τη γενετική βάση της ενδοειδικής παραλλαγής. Ο ζυγώτης μεγαλώνει και εξελίσσεται σε έναν ώριμο οργανισμό της επόμενης γενιάς. Έτσι, κατά τη διάρκεια της σεξουαλικής αναπαραγωγής στον κύκλο ζωής, εμφανίζεται μια εναλλαγή διπλοειδών και απλοειδών φάσεων και σε διαφορετικούς οργανισμούς αυτές οι φάσεις παίρνουν διαφορετικές μορφές.

Οι γαμέτες διατίθενται συνήθως σε δύο τύπους, αρσενικούς και θηλυκούς, αλλά ορισμένοι πρωτόγονοι οργανισμοί παράγουν μόνο έναν τύπο γαμετών. Σε οργανισμούς που παράγουν δύο τύπους γαμετών, μπορούν να παραχθούν από αρσενικούς και θηλυκούς γονείς, αντίστοιχα, ή μπορεί το ίδιο άτομο να έχει και αρσενικά και θηλυκά αναπαραγωγικά όργανα. Τα είδη στα οποία υπάρχουν χωριστά αρσενικά και θηλυκά άτομα ονομάζονται δίοικα. τέτοια είναι τα περισσότερα ζώα και οι άνθρωποι. Μεταξύ των ανθοφόρων φυτών υπάρχουν και δίοικα είδη. Εάν στα μονοοικογενή είδη σχηματίζονται αρσενικά και θηλυκά άνθη στο ίδιο φυτό, όπως, για παράδειγμα, στο αγγούρι και την φουντουκιά, τότε στα δίοικα είδη ορισμένα φυτά έχουν μόνο αρσενικά και άλλα μόνο θηλυκά άνθη, όπως στο πουρνάρι ή το πουρνάρι.

Τύποι σεξουαλικής διαδικασίας

Υπάρχουν διάφοροι τύποι σεξουαλικής διαδικασίας: ισογαμία, ανισογαμία, ωογαμία.

Στην ισογαμία, οι συγχωνευόμενοι (συζευγμένοι) γαμετές δεν διαφέρουν μορφολογικά. Αυτή η διαδικασία είναι ευρέως διαδεδομένη στα φύκια, καθώς και στους κατώτερους μύκητες και σε πολλά πρωτόζωα (ριζόποδα, ραδιολάρυγγες, κατώτερες γκρεγαρίνες), αλλά απουσιάζει στα πολυκύτταρα ζώα. Στην ισογαμία, οι γαμέτες που διαφέρουν ως προς τις βιοχημικές και φυσιολογικές ιδιότητες συνενώνονται.

Η ανισογαμία είναι ένας τύπος σεξουαλικής διαδικασίας κατά την οποία λαμβάνει χώρα η σύντηξη γαμετών που διαφέρουν σε μέγεθος, σχήμα ή συμπεριφορά. Αυτή η διαδικασία είναι χαρακτηριστική, για παράδειγμα, των γαμετών στο φύκι Eudarina.

Η ανισογαμία φτάνει στον υψηλότερο βαθμό στα πολυκύτταρα φυτά και ζώα: γονιμοποίηση ακίνητου ωαρίου με κινητικό σπέρμα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ήδη ωογαμία, όταν, κατά τη γονιμοποίηση, οι γαμέτες συγχωνεύονται για να σχηματίσουν έναν ζυγώτη, έντονα διαφορετικό σε μέγεθος, σχήμα και συμπεριφορά. Η ωογαμία είναι χαρακτηριστική όλων των πολυκύτταρων ζώων, πολλών κατώτερων και όλων των ανώτερων φυτών.

Στην ωογαμία, κατά κανόνα, συμμετέχουν δύο γονικά άτομα, καθένα από τα οποία συμμετέχει στο σχηματισμό ενός νέου οργανισμού, εισάγοντας μόνο ένα αναπαραγωγικό κύτταρο - έναν γαμετή (ωάριο ή σπέρμα), ο οποίος έχει το μισό αριθμό χρωμοσωμάτων από το μη σεξουαλικό αυτές, δηλ. σωματικά, γονικά κύτταρα. Ως αποτέλεσμα της σύντηξης γαμετών, σχηματίζεται ένα γονιμοποιημένο ωάριο - ένας ζυγώτης, ο οποίος φέρει τις κληρονομικές κλίσεις και των δύο γονέων, λόγω των οποίων οι απόγονοι αναπτύσσουν νέους συνδυασμούς γονιδίων που δεν είναι χαρακτηριστικά των γονέων ατόμων.

Η σεξουαλική αναπαραγωγή είναι μια άλλη εφεύρεση πρωτοζώων που είχε βαθιές επιπτώσεις σε πιο πολύπλοκους οργανισμούς. Πρέπει να σημειωθεί ότι η σεξουαλική διαδικασία και η αναπαραγωγή είναι δύο διαφορετικά φαινόμενα που μπορεί να υπάρχουν χωριστά το ένα από το άλλο. Η αναπαραγωγή είναι η εμφάνιση νέων ατόμων, η σεξουαλική διαδικασία είναι η δημιουργία νέων συνδυασμών γονιδίων που προέρχονται από δύο διαφορετικά άτομα. Η αναπαραγωγή απουσία της σεξουαλικής διαδικασίας είναι χαρακτηριστική αυτών των οργανισμών που αναπαράγονται με απλή διαίρεση: όταν μια αμοιβάδα διαιρείται ή νέα άτομα ύδρας βλασταίνουν, δεν παρατηρείται ανακατανομή των γονιδίων. Σε μονοκύτταρους οργανισμούς είναι συχνά

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΖΩΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ _________________________________________________ 21

Υπάρχει επίσης μια σεξουαλική διαδικασία χωρίς αναπαραγωγή. Τα βακτήρια μπορούν να μεταφέρουν γονίδια από το ένα άτομο στο άλλο χρησιμοποιώντας ειδικές σεξουαλικές λάχνες που ονομάζονται σεξουαλικά πριόνιαή κροσσοί(Εικ. 1.12). Αυτή η μετάδοση γίνεται ανεξάρτητα από την αναπαραγωγή. Τα πρωτόζωα είναι επίσης ικανά να αναδιανέμουν γονίδια ανεξάρτητα από την αναπαραγωγή. Έτσι, για παράδειγμα, στην Paramecia, η αναπαραγωγή γίνεται με απλή διαίρεση στα δύο και η σεξουαλική διαδικασία με σύζευξη(Εικόνα 1.13). Δύο paramecia συνδέονται με τα στοματικά τους μέρη και μια κυτταροπλασματική γέφυρα εμφανίζεται μεταξύ τους. Και στα δύο παραμέσια, ο μακροπυρήνας (ο οποίος ρυθμίζει τις μεταβολικές διεργασίες) καταστρέφεται, ενώ ο μικροπυρήνας υφίσταται μείωση, ακολουθούμενη από μίτωση. Προκύπτουν οκτώ απλοειδή μικροπυρήνες, όλοι από τους οποίους, με εξαίρεση έναν, καταστρέφονται. Ο υπόλοιπος μικροπυρήνας διαιρείται ξανά και σχηματίζει δύο μικροπυρήνες, ακίνητους και μεταναστευτικούς. Κάθε μεταναστευτικό μικροπυρήνα κινείται κατά μήκος της κυτταροπλασματικής γέφυρας στο γειτονικό συζυγές και συγχωνεύεται με τον ακίνητο μικροπυρήνα του (τον «γονιμοποιεί»), εξαιτίας του οποίου εμφανίζεται ένας νέος διπλοειδής πυρήνας και στα δύο κύτταρα. Όταν οι εταίροι σύζευξης χωρίζονται, αυτός ο διπλοειδής πυρήνας διαιρείται, δημιουργώντας έναν νέο μικροπυρήνα και έναν νέο μακροπυρήνα. Σε αυτή την περίπτωση, τα paramecia δεν αναπαράγονται, λαμβάνει χώρα μόνο η σεξουαλική διαδικασία.

Στους μονοκύτταρους ευκαρυώτες, παρατηρείται επίσης συνδυασμός αυτών των δύο ανεξάρτητων φαινομένων, της σεξουαλικής διαδικασίας και της αναπαραγωγής. σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για σεξουαλική αναπαραγωγή. Στο Σχ. 1.14 δείχνει τον κύκλο ζωής του Chlamydomonas ( Χλαμυδομόνας). Αυτός ο οργανισμός υπάρχει συνήθως σε απλοειδή μορφή όπως οι γαμέτες των θηλαστικών, δηλ. Κάθε χρωμόσωμα στον Χλαμυδομόνα είναι μοναδικό. Ωστόσο, τα άτομα κάθε είδους χωρίζονται σε δύο ομάδες με βάση τη συμπεριφορά ζευγαρώματος - συνΚαι μείον.Όταν συναντώνται άτομα διαφορετικών ομάδων, το κυτταρόπλασμά τους ενώνεται και οι πυρήνες τους συντήκονται για να σχηματίσουν έναν διπλοειδή ζυγώτη. Αυτός ο ζυγώτης είναι το μόνο διπλοειδές κύτταρο στον κύκλο ζωής του Chlamydomonas: πραγματοποιώντας τελικά μείωση, σχηματίζει τέσσερα νέα κύτταρα. Εδώ έχουμε να κάνουμε με τη σεξουαλική αναπαραγωγή, αφού κατά τη διαδικασία της μείωσης, τα χρωμοσώματα ανακατανέμονται και ταυτόχρονα προκύπτει μεγαλύτερος αριθμός ατόμων. Λάβετε υπόψη ότι με αυτόν τον τύπο σεξουαλικής αναπαραγωγής πρωτοζώων, οι γαμέτες είναι μορφολογικά πανομοιότυποι - οι διαφορές μεταξύ σπέρματος και ωαρίου δεν έχουν ακόμη προκύψει.

Με την εμφάνιση της σεξουαλικής αναπαραγωγής στην εξέλιξη, σημειώθηκε πρόοδος από δύο απόψεις. Πρώτον, προέκυψε ο μηχανισμός της μείωσης (Εικ. 1.15). με την οποία το διπλοειδές σύνολο των χρωμοσωμάτων ανάγεται στην απλοειδή κατάσταση (αυτή η διαδικασία θα συζητηθεί λεπτομερώς στο Κεφάλαιο 22). Δεύτερον, έχει προκύψει ένας μηχανισμός μέσω του οποίου άτομα δύο τύπων, που διαφέρουν ως προς το φύλο, αναγνωρίζουν το ένα το άλλο. Η αναγνώριση γίνεται αρχικά στο επίπεδο των μεμβρανών των μαστιγίων (Εικ. 1.16; Goodenough. Weiss. 1975; Bergman et al.. 1975). Η συγκόλληση των μαστιγίων καθιστά δυνατή τη δημιουργία επαφής μεταξύ ειδικών περιοχών στις κυτταρικές μεμβράνες Αυτές οι εξειδικευμένες περιοχές περιέχουν συστατικά ειδικά για άτομα διαφορετικών τύπων, λόγω των οποίων το κυτταρόπλασμα αυτών των ατόμων συγχωνεύεται. Μετά από συγκόλληση μαστιγίων συν-Τα άτομα ξεκινούν τη σύντηξη, σχηματίζοντας έναν «σωλήνα γονιμοποίησης» παρόμοιο με αυτόν που βρίσκουμε στο σπέρμα. Αυτός ο σωλήνας έρχεται σε επαφή και συγχωνεύεται με μια εξειδικευμένη περιοχή στην επιφάνεια μείον-τα άτομα Είναι ενδιαφέρον ότι ο ίδιος μηχανισμός που χρησιμοποιείται για την επέκταση αυτού του σωλήνα

Gilbert S. Biology of Development: In 3 vols T. I: Μετάφρ. από τα Αγγλικά - Μ.: Μιρ, 1993. - 228 σελ.

22________________ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1_________________________________________________________________________________

πολυμερισμός της πρωτεΐνης ακτίνης - δρα επίσης στο σχηματισμό αποβλήτων στο σπέρμα και τα αυγά αχινού. Στο επόμενο κεφάλαιο θα δούμε ότι η αναγνώριση και η σύντηξη του σπέρματος και του ωαρίου είναι εντυπωσιακά παρόμοια με τις διαδικασίες που περιγράφονται στον Χλαμυδομόνα.

Οι μονοκύτταροι ευκαρυώτες χαρακτηρίζονται προφανώς από τα βασικά στοιχεία των αναπτυξιακών διαδικασιών που είναι χαρακτηριστικά πιο πολύπλοκων οργανισμών που ανήκουν σε άλλους τύπους ζώων: 1) οι διαδικασίες σύνθεσης στο κύτταρο ελέγχονται σε μεταγραφικό, μεταφραστικό και μετα-μεταφραστικό επίπεδο. 2) υπάρχει ένας μηχανισμός που εξασφαλίζει την απελευθέρωση RNA μέσω του πυρηνικού φακέλου. 3) η δομή των μεμονωμένων γονιδίων και χρωμοσωμάτων που είναι εγγενή στους μονοκύτταρους ευκαρυώτες διατηρείται σε όλη την εξέλιξη των ευκαρυωτών. 4) η μίτωση και η μείωση γίνονται πιο προχωρημένες στη διαδικασία της εξέλιξης: 5) η σεξουαλική αναπαραγωγή περιλαμβάνει τη συνεργασία μεταξύ μεμονωμένων κυττάρων, η οποία γίνεται ακόμη πιο σημαντική στους πολυκύτταρους οργανισμούς.