SZEXUÁLIS SZAPORODÁS: JELLEMZŐK, TÍPUSOK, NÖVÉNYEK, ÁLLATOK - BIOLÓGIA - 2026

A szexuális szaporodás az egyének megsokszorozódása két különféle nemű szülőből: férfi és nő - kivéve, ha baktériumok vagy protozoák szexuális szaporodására utal, ahol nincs különbség a nem között. Ez széles körben elterjedt folyamat az eukarióta szervezetekben.

Minden, a szexuális szaporodásban részt vevő egyén speciális csíravonal-sejteket termel: sperma és pete. Ezeket egy speciális sejtosztódás okozza, úgynevezett meiozis. Ez az esemény a legfontosabb különbség az szexuális és a szexuális reprodukció között.

Forrás: Manojiritty, a Wikimedia Commonsból

A folyamat két ivarsejt egyesítésével kezdődik, amelyek zigótát eredményeznek. Később a zigóta új egyént hoz létre, amelynek mindkét szülőjének jellemzői vannak, és bizonyos egyedi tulajdonságokkal rendelkezik.

A folyamat mindenütt jelenléte miatt arra következtethetünk, hogy a szexuális reprodukció számos előnnyel jár az asexual reprodukcióval szemben. A szexuális szaporodás lehetséges hátrányai azonban jobban észrevehetők: többek között a párjuk keresésébe fektetett idő és energia, a nőstények versenye, a nem megtermékenyített ivarsejtek előállítási költségei.

A költségek nagyon magasnak tűnnek, ezért komoly előnyeiknek kell lenniük annak ellensúlyozására. A szexuális szaporodás előnyei viták és viták tárgyát képezték az evolúciós biológusok között.

Az egyik hipotézis szerint a szexuális szaporodás hasznos, mivel olyan fajtákat termel, amelyek a környezeti változások idején hasznosak lehetnek a faj számára. Valójában a genetikai variabilitás előállítása a nemek egyik előnye.

Másrészt, néhány kutató azt javasolja, hogy a nemi szaporodást, különösen a rekombinációt választották DNS-javító mechanizmusként. A szex prevalenciája annak költségei ellenére azonban még nem ismert.

Általános tulajdonságok

A szex összetett jelenség, amely az eukarióta taxonok között nagyon eltérő. Általánosságban úgy értjük, hogy ez egy három lépésből álló folyamat: két haploid mag fúziója, a rekombináció jelensége, amely új genotípusokat eredményez, és a diploid sejtek megosztása haploid magok kialakításához.

Ebből a szempontból a szex az eukariótákban egy életciklustól függ, amelyben a diploid sejteknek meg kell osztódniuk meiózissal. Ez a meiotikus megosztási folyamat felelős a jövőbeni ivarsejtek genetikai anyagának elosztásáért.

A meiosis célja a homológ kromoszómák szétválasztása oly módon, hogy minden ivarsejtnek a szomatikus kromoszómák fele legyen. A genetikai terhelés csökkentése mellett a meiosisban az anyagcsere is történik nem nővér kromatidok között, teljesen új kombinációk előállításával.

ivarsejtek

A ivarsejtek a szervezetek nemi sejtjei, amelyeket meiozis generál, és amelyek a genetikai terhelés felét tartalmazzák, vagyis haploidok.

A ivarsejtek növényekben és állatokban egyaránt változnak, méretüktől és relatív mobilitásuktól függően három alapvető kategóriába sorolhatók: izogamia, anizogámia és oogamia.

Az izogamia a szexuális szaporodás egyik formája, ahol az ivari sejtek méretükben, mobilitásukban és szerkezetükben azonosak az új egyed kialakulásához. Az izomámia főként a növényekben van jelen.

Ezzel szemben az anizógamia két ivarsejtből áll, amelyek méretükben és szerkezetükben különböznek egymástól. Az anizógamia egyik különleges típusa az oogamia, ahol a férfi ivarsejtek viszonylag kicsi méretűek és számukban gazdagok. A nők sokkal szembetűnőbbek és kevesebb számban készülnek.

Szexuális szaporodás állatokban

Az állatvilágban a szexuális szaporodás széles körben elterjedt jelenség a csoport tagjai között.

Szinte az összes gerinctelen és gerinces nem különféle organizmusokban rendelkezik a nemekkel, azaz megkülönböztethetjük a férfi és a nő egyént egy fajban. Ezt az állapotot kettős energiának nevezik, a görög gyökerekből származó „két ház” kifejezés

Ezzel szemben vannak olyan kevésbé sok faj, amelyek neme ugyanazon egyénben található, az úgynevezett monoecious: „ház”. Ezeket az állatokat hermafroditáknak is nevezik.

A nemek közötti megkülönböztetést nem a méret vagy elszíneződés morfológiai jellemzői, hanem az egyes nemek által termelt ivarsejtek típusa adja meg.

A nőstények petesejteket termelnek, melyeket nagyságuk és mozgékonyságuk jellemez. A spermát viszont a férfiak termelik nagyobb mennyiségben, sokkal kisebbek és speciális szerkezetűek a petesejt mozgatásához és megtermékenyítéséhez.

Ezután leírjuk az állatok tipikus nemi szerveit, majd részletesebben bemutatjuk az egyes állatcsoportok reprodukciójának folyamatát.

A reprodukcióval kapcsolatos struktúrák

A szexuális szaporodásra szakosodott sejtek - tojás és sperma - specifikus szövetekben termelődnek, az úgynevezett gonadákban.

A férfiakban a herék felelnek a spermatermelésért, míg a nőstény ivarsejtek a petefészekben alakulnak ki.

Az ivarmirigyeket tekintik elsődleges nemi szerveknek. A kiegészítő nemi szervek jelen vannak a metazoanok egy fontos csoportjában, amelyek felelősek a tojások és a sperma átvételéért és átadásáért. Nőstényekben a hüvelyt, a méhcsövet vagy a petevezetéket és a méhét találjuk, míg a férfiaknál a pénisz.

Likacsos

A szarvasmarhákat általában szivacsnak nevezik, és szaporodhatnak mind szexuálisan, mind szexuálisan. A legtöbb fajban a hím és nőstény ivarsejtek termelése egyetlen egyedben történik.

A choanocyták ezen vonal különleges sejttípusai, amelyek spermákká alakulhatnak át. Más csoportokban a ivarsejtek származhatnak archeocitákból.

Számos faj életképes, ami azt jelzi, hogy a megtermékenyítés után a szülői szervezet a zigótát megtartja mindaddig, amíg a lárva fel nem szabadul. Ezekben a fajokban a spermát a vízbe engedik és egy másik szivacs veszi fel.

Cnidarians

A cnidarians tengeri szervezetek, amelyek magukban foglalják a medúzát és hasonlókat. Ezeknek az állatoknak két morfológiája van: az első a polip, és egy szokásos életmód jellemzi, míg a második a mozgásra és úszóra képes medúza.

A polipok általában szekunder módon szaporodnak bimbó- vagy hasadási folyamatok útján. A medúza egyetemi és nemi úton reprodukálódik. Az életciklus ebben a csoportban nagyon változó.

Acelomorfok és laposférgek

A laposférgeket, például a planáris embereket elsősorban arról ismertetik, hogy képesek több ember klónjának regenerálására és szekvenciális előállítására egyetlen egyedről.

Ezen Vermiform állatok többsége egytehetséges. Ugyanakkor partnert keresnek a kereszt-megtermékenyítés végrehajtására.

A férfi reproduktív rendszer több herét és egy papillaszerű szerkezetet tartalmaz, amely hasonló az összetett gerinces péniszekhez.

Puhatestűek és annelidák

A legtöbb puhatestű egyidejű és szaporodása egy szabadon úszó lárvát (trocófera) eredményez (nagyon hasonló az annelidekben található lárvákhoz), és a puhatestűek fajtája szerint változik.

Hasonlóképpen, az annelideknek külön nemük van, és némelyikükben ideiglenesen megjelenő csontok is vannak.

ízeltlábúak

Az ízeltlábúak rendkívül sokszínű állati csoportot alkotnak, melyet kitinből és illesztett függelékekből álló exoskeleton jellemez. Ez a vonal magában foglalja a miriapódeket, a chelicerátumokat, a rákféléket és a hexapódokat.

A nemeket általában elválasztják, a reprodukcióra szakosodott szervek párban jelennek meg. A legtöbb faj belső megtermékenyítéssel rendelkezik. Lehetnek petefészkes, petesejtbarát vagy élvezetes.

tüskésbőrűek

A tüskésbőrűek közé tartozik a tengeri csillag, a tengeri uborka, a tengeri sün és hasonlók. Noha vannak hermaphrodit fajok, a legtöbbre külön nem tartozik. A gonidok nagy szerkezetűek, a légcsatornák egyszerűek, és nincsenek kifinomult kopulációs szervek.

A megtermékenyülés kívülről történik, és kétoldalú lárva alakul ki, amely szabadon mozoghat a víztestben. Néhány faj közvetlen fejlődésű.

gerinchúrosakról

A nemek többsége különálló. Ebben a csoportban bonyolultabb szerveket találunk a szaporodáshoz. Mindegyik nemben vannak olyan csontvelőcsövek, amelyek vezetékeikkel vezetik ezek termékeit egy cloaca-hoz vagy valamilyen speciális nyíláshoz, amely a végbélnyílás közelében található. A csoporttól függően a trágyázás lehet külső vagy belső.

Parthenogenezis állatokban

A parthenogenezis az állatvilágban széles körben képviselt jelenség, főleg gerinctelen állatokban és néhány gerinces állatban, amely lehetővé teszi új egyed generálását, csak egy szülővel. Noha az aszexuális reprodukció egyik formája, a partenogenezis bizonyos típusait a szexuális reprodukció típusainak tekintik.

A meiotikus parthenogenezis során a tojás meiozis által képződik, és hím spermája megtermékenyíthető, vagy nem.

Egyes esetekben a tojásokat a hím ivarsejtnek aktiválnia kell. Ebben az esetben a két mag nem fuzionálódik, mivel a sperma genetikai anyagát eldobják.

Egyes fajokban azonban a petesejt spontán módon fejlődik ki, anélkül, hogy aktiválódni kellene.

Szexuális szaporodás növényekben

Az állatokhoz hasonlóan a növények szexuális szaporodáson menhetnek keresztül. Két haploid ivarsejt egyesítéséből áll, amelyek új genetikai tulajdonságokkal rendelkező új egyént alkotnak.

A növény férfi és női szervében egyetlen egyed lehet, vagy elválaszthatók. Az uborkában és a tejben a nemek szét vannak választva, míg a rózsa és a petúnia esetében a nemek együtt vannak.

A virág

A szexuális szaporodásért felelős szerv a virágok. Ezeknek a speciális struktúráknak olyan régiói vannak, amelyek közvetlenül nem vesznek részt a szaporodásban: a csípő és a szarufa, valamint a szexuálisan aktív struktúrák: az androecium és a gynoecium.

Az androecium a férfi reproduktív szerv, amely porzóból áll, amelyet viszont filamentumra és egy portra osztanak. Ez az utolsó régió felelős a pollenmag előállításáért.

A gynoecium a női virágszerv, és szőlőnek nevezett egységekből áll. A szerkezet hasonló a hosszúkás „csepphez”, és megoszlik a stigmára, a stílusra és végül a petefészekre.

Beporzás

A szexuális szaporodás folyamata a növényekben elsősorban a beporzás útján történik, amely a pollenszemcséknek a portoktól a stigmájáig történő szállításából áll.

Beporzás történhet ugyanabban a virágban (a pollenszemcsék ugyanazon növény női szervéhez vezetnek), vagy kereszteződhet, amikor a pollenszemcsék egy másik embert megtermékenyítenek.

A legtöbb növényben az állatok beavatkozása szükséges a beporzás elvégzéséhez. Ezek lehetnek gerinctelenek, például méhek vagy más rovarok, vagy gerincesek, például madarak és denevérek. A növény jutalomként a beporzót a nektárt kínálja, és felelõsek a pollen eloszlatásáért.

Az olyan virágszerkezetek, amelyek közvetlenül nem vesznek részt a szaporodásban, a korolla és a kagyló. Ezek módosított levelek, sok esetben élénk és élénk színűek, amelyek felelősek a potenciális beporzó vizuális vagy kémiai vonzásáért.

Hasonlóképpen, néhány növénynek nincs szüksége állati beporzóra, és szél vagy víz használja a pollen eloszlatását.

Trágyázás, magvak és gyümölcsök

A folyamat azzal kezdődik, hogy a pollenszemcsék megérkeznek a virág megbélyegzéséhez. Ezek stílus szerint utaznak, amíg meg nem találják a petefészkét.

A kettős megtermékenyítés a virágos növényekre jellemző és minden organizmusban egyedülálló. A jelenség az alábbiak szerint fordul elő: a spermamagja egyesül petesejttel, a sperma másik magja pedig a sporophyte diploid embriójához olvad.

Ennek a szokatlan megtermékenyítésnek az eredménye egy trioploid endospermium, amely tápláló szövetként szolgál a szervezet fejlődéséhez. A petesejtek sikeres érése után a magokká alakulnak. A gyümölcsöt viszont az érett petefészkek képezik.

A gyümölcs egyszerűnek tekinthető, ha érett petefészekből származik, és akkor adható hozzá, ha több petefészekből fejlődik ki, mint például az eper.

Szexuális szaporodás baktériumokban

A baktériumok elsősorban az axiális szaporodásukról ismertek.

Ebben a prokarióta vonalban az egyén képes kettéosztódni egy bináris hasadásnak nevezett folyamattal. Ugyanakkor a baktériumokban számos olyan mechanizmus létezik, amelyek a szexuális szaporodásra emlékeztetnek, mivel a genetikai anyagcsere megtörténik.

Az 1940-es évek közepéig azt hitték, hogy a baktériumok kizárólag aszexuálisan szaporodnak. Joshua Lederberg és Edward Tatum kutatók azonban egy ötletes kísérlet útján tagadták ezt a hitet, az E. coli baktériumok felhasználásával, amelyek eltérő táplálkozási követelményekkel szolgáltak mintának.

A kísérlet egy A törzsből, minimális táptalajban metioninnal és biotinnel termesztett, és egy B törzsből állt, amely csak treoninnal, leucinnal és tiaminnal rendelkező környezetben nőtt. Más szavakkal, az egyes törzsek olyan mutációt hordoztak, amely megakadályozta ezen vegyületek szintetizálását, ezért ezeket a tápközegben kellett szintetizálni.

Amikor a kolóniák néhány órán keresztül érintkezésbe kerültek, az egyének megszerezték azt a képességüket, hogy olyan tápanyagokat szintetizáljanak, amelyekre korábban nem voltak képesek. Így Lederberg és Tatum bebizonyította, hogy van egy DNS-cserélési folyamat, amely hasonló a szexuális szaporodáshoz, és konjugációnak nevezte.

Konjugáció

A konjugációs folyamat egy szexuális pili néven ismert hídszerű szerkezeten keresztül zajlik, amely fizikailag köti össze a két baktériumot és lehetővé teszi számukra a DNS cseréjét.

Mivel a baktériumok nem rendelkeznek szexuális dimorfizmussal, nem beszélhetünk férfiakról és nőstényekről. Ugyanakkor csak egy típus képes előállítani pili-kat, és vannak speciális DNS-fragmenseik, az úgynevezett F faktor, a "termékenység érdekében". Az F faktor rendelkezik a pili termelés génjeivel.

A cserében részt vevő DNS nem része az egyetlen baktérium kromoszómának. Ehelyett egy izolált, kör alakú rész, amelyet plazmidnak neveznek, amelynek saját replikációs rendszere van.

átalakítás

A konjugáción kívül vannak olyan folyamatok is, amelyek során a baktériumok extra DNS-t kaphatnak, és amelyekre jellemző, hogy egyszerűbbek, mint a konjugáció. Az egyik a transzformáció, amelynek során meztelen DNS-t veszünk ki a külső környezetből. Ez az exogén DNS-fragmentum integrálható a bakteriális kromoszómába.

A transzformációs mechanizmus bekerül a szexuális reprodukció fogalmába. Noha a baktériumok szabad DNS-t vittek, ennek a genetikai anyagnak más organizmusból kellett származnia - például egy baktériumtól, amely elpusztult, és DNS-ét a környezetbe engedte.

Transduction

A baktériumok idegen DNS előállításának harmadik és utolsó ismert mechanizmusa a transzdukció. Ez azt jelenti, hogy részt vesz egy baktériumot fertőző vírus: bakteriofágok.

A transzdukció során a vírus egy részét veszi a baktérium-DNS-ből, és amikor egy baktériumot megfertőz, a különbség átadhatja ezt a fragmenst neki. Egyes szerzők a „paraszexuális események” kifejezést használják erre a három mechanizmusra utalva.

Evolúciós perspektíva

Figyelemre méltó tény a szexuális szaporodás mindenütt jelenléte az organizmusokban. Tehát az evolúciós biológia egyik legnagyobb kérdése az, hogy miért terjed a szex oly sok vonalra, ha ez egy energiaigényes - és bizonyos esetekben akár veszélyes - tevékenység is.

Arra gyanítható, hogy az eukariótákban a szexuális szaporodást kiváltó szelektív erők ugyanazok, amelyek fenntartják a baktériumokkal kapcsolatban leírt parazexuális folyamatokat.

Szex költségek

Az evolúció fényében a "siker" kifejezés az egyén azon képességére utal, hogy átadja génjeit a következő generációnak. Paradox módon a szex olyan folyamat, amely nem felel meg teljes mértékben ennek a meghatározásnak, mivel a szaporodással összefüggő költségek sorozata.

A szexuális reprodukció során társat találunk, és a legtöbb esetben ez a feladat nem triviális. Óriási időt és energiát kell befektetni ebbe a törekvésbe, amely meghatározza az utódok sikerét - az "ideális társ" megtalálása szempontjából.

Az állatok szertartások sorozatát mutatják be potenciális társaik megcsíptetésére, és bizonyos esetekben harcolniuk kell a saját életük kitettségével a párosulás elérése érdekében.

Még sejtes szinten is a szex drága, mivel a meiosisos megoszlás sokkal hosszabb ideig tart, mint a mitózis. Akkor miért repül a legtöbb eukarióta szexuálisan?

Két alapvető elmélet létezik. Az egyik a sejtfúzióval kapcsolatos, mint egy "önző" genetikai elem horizontális átvitelének mechanizmusa, míg a második elmélet rekombinációt javasol DNS-javító mechanizmusként. Az alábbiakban leírjuk az egyes elméletek előnyeit és hátrányait:

Szexuális előnyök

A kérdés megválaszolásához az első eukariótákban a szexuális szaporodás lehetséges előnyeire kell összpontosítanunk.

A ivarsejtek fúziója zigóta kialakulásához két különféle genom kombinációjához vezet, amelyek képesek az egyik genomban a hibás gének kompenzálására a másik normál másolatával.

Például az emberekben mindegyik szülőtől egy példányt örökölünk. Ha öröklünk egy hibás gént az anyánktól, akkor az normál gén az apától kompenzálja ezt (abban az esetben, ha a patológia vagy a betegség csak homozigóta recesszívként jelenik meg).

A második elmélet - nem olyan intuitív, mint az első - azt sugallja, hogy a meiozis javító mechanizmusként működik a DNS-ben. A genetikai anyag károsítása olyan probléma, amellyel minden organizmusnak szembe kell néznie. Vannak olyan szervezetek, amelyek csak aszexuálisan szaporodnak, és DNS-ét nem különösebben sértetik.

Egy másik hipotézis szerint a szex parazita adaptációként alakulhatott ki az önző genetikai elemek között annak érdekében, hogy elterjedjen más genetikai vonalok között. Hasonló mechanizmus bizonyult az E. coliban is.

Bár vannak magyarázatok, a nemi evolúció heves vita tárgya az evolúciós biológusok körében.

Szexuális kiválasztás

A szexuális szelekció egy olyan fogalom, amelyet Charles Darwin vezet be, és amely csak a szexuálisan szaporodó populációkra alkalmazható. Ez a magatartás, struktúrák és egyéb tulajdonságok jelenlétének magyarázata, amelyek létezését a természetes szelekció nem tudja felfogni.

Például a páva nagyon színes és kissé „eltúlzott” tollazatának nincs közvetlen előnye az egyén számára, mivel ez láthatóbbá teszi a potenciális ragadozók számára. Ezenkívül csak férfiakban fordul elő.

Irodalom

1. Colegrave, N. (2012). A szex evolúciós sikere: Science & Society sorozat a szexről és a tudományról. EMBO Reports, 13 (9), 774-778.
2. Crow, JF (1994). A szexuális szaporodás előnyei. Fejlődési genetika, 15 (3), 205-213.
3. Freeman, S., és Herron, JC (2002). Evolúciós elemzés. Prentice Hall.
4. Goodenough, U. és Heitman, J. (2014). Az eukarióta szexuális szaporodás eredete. Cold Spring Harbor perspektívák a biológiában, 6 (3), a016154.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, és Garrison, C. (2001). Az állattan integrált alapelvei. New York: McGraw-Hill.
6. Leonard, J. és Córdoba-Aguilar, A. (szerk.). (2010). Az állatok elsődleges szexuális karakterének fejlődése. Oxford University Press.
7. Sawada, H., Inoue, N., és Iwano, M. (2014). Szexuális szaporodás állatokban és növényekben. Springer-Verlag GmbH.