AUTO-FERTILIZARE: LA ANIMALE, ÎN PLANTE ȘI EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

Auto- fertilizarea este unirea gametelor masculine și feminine ale aceluiași individ. Apare în organismele care sunt hermafrodite - ființe care combină funcțiile masculine și feminine într-un singur individ, fie secvențial, fie simultan.

Atunci când producția de gameți de ambele tipuri se suprapune în timp (cel puțin în timp), hermafroditele sunt simultane. Această modalitate oferă posibilitatea autofertilizării.

Auto-fertilizarea are loc în mai multe specii de plante
Sursa: pixabay.com

În organismele multicelulare, în special plante și animale, fiind hermafrodită pare a fi un fenomen larg distribuit.

Auto-fertilizarea este o strategie optimă pentru medii constante, cu disponibilitate redusă a partenerilor. Cu toate acestea, aduce unele consecințe negative, cum ar fi depresia din cauza consanguinității.

În acest fenomen, variabilitatea genetică a populației este redusă, ceea ce reduce capacitatea acesteia de a se adapta la schimbările de mediu, rezistența la agenți patogeni sau erbivore. Aceste aspecte par a fi importante pentru linia plantelor și animalelor.

În plante

La plante este obișnuit ca același individ să fie „tatăl și mama” semințelor lor. Deși rolul principal al florilor este - cel mai probabil - de a promova fertilizarea încrucișată, auto-fertilizarea poate exista la speciile hermafrodite.

Unele exemple de plante în care se produce acest fenomen sunt mazărea (organismul folosit de Gregor Mendel pentru a dezvolta legile de bază ale moștenirii, unde evenimentul de auto-fertilizare a fost crucial pentru proces) și unele leguminoase.

În cazul florilor de soia, de exemplu, florile se pot deschide pentru a permite polenizarea încrucișată de către insecte sau pot rămâne închise și auto-polenizate.

La animale

Potrivit lui Jarne și colab. (2006), cu excepția insectelor, aproximativ o treime din speciile de animale prezintă fenomenul hermafroditismului. Acest fapt a facilitat evoluția auto-fertilizării la numeroase specii de animale.

Distribuția ratelor de selfing este similară cu cele din plante, ceea ce sugerează că procedee similare au funcționat în ambele linii în favoarea evoluției selfing-ului.

Pentru Jarne și colab. (2006), hermafroditismul este rar în fila animalelor mai mari, în primul rând artropode. Este un fenomen obișnuit în fila mai mică, incluzând bureți de mare, meduze, viermi de plat, moluște, gheare de mare și anelide.

Acești autori au descoperit că evenimentul de auto-fertilizare are loc în taxoni în care gameții (atât bărbații, cât și femeile) sunt produși într-un singur sit sau glandă, așa cum se întâmplă la melcii pulmonari.

Poate să apară și în situațiile în care gameții sunt produși în diferite locuri sau când sunt expulzați în apă, așa cum se întâmplă la speciile marine.

În unele trematode și oligochaete, autoinducția apare după o copulare necesară la același individ.

Avantajele auto-fertilizării

Există câteva avantaje ale auto-fertilizării pe termen scurt. În primul rând, atât gametii feminini, cât și bărbații provin de la același individ parental.

Astfel, organismele beneficiază de un procent de 50% în plus din transmiterea genelor lor - comparativ cu contribuția tipică de 50% a reproducerii sexuale, deoarece restul de 50% corespunde cu cea contribuită de partenerul sexual.

Auto-fertilizarea poate fi favorizată și atunci când regiunea locuită de specia în cauză se caracterizează printr-un număr redus de potențiali colegi sau, în cazul plantelor, în zone în care există puțină disponibilitate de polenizatori.

În plus, la speciile de plante, auto-fertilizarea ar duce la economii de energie, deoarece florile acestor plante pot fi mici (nu mai trebuie să fie mari și vizibile pentru a atrage polenizatorii) cu o cantitate limitată de polen.

Astfel, auto-fertilizarea asigură reproducerea și crește colonizarea zonei. Cea mai acceptată ipoteză ecologică pentru a explica evoluția auto-fertilizării este legată de garantarea reproducerii.

Dezavantaje ale sinelui

Principalul dezavantaj al selfing-ului este considerat depresie consangvină. Acest fenomen implică reducerea stării de fitness sau a atitudinii biologice a descendenței consanguine în raport cu descendența încrucișată.

Din acest motiv, există specii care, deși sunt hermafrodite, au mecanisme de prevenire a auto-fertilizării. Principalele mecanisme vor fi acoperite în secțiunea următoare.

Opinia actuală a evoluției auto-fertilizării implică forțe ecologice și evolutive. Din perspectiva lui Fisher, se presupune o interacțiune între avantajele evidente ale autofertilizării și depresiei datorate consanguinității.

Acest model prezice formarea autofertilizării sau a încrucișărilor pure, ca rezultat al selecției perturbatoare (atunci când sunt favorizate extremele unei trăsături), ceea ce nu favorizează o creștere a frecvenței variantelor intermediare.

În acest fel, modelele propun evoluția acestui sistem ca interacțiunea beneficiilor sale față de dezavantajele sale.

Modelele ecologice propun, la rândul lor, rate intermediare de auto-fertilizare.

Mecanisme care împiedică autofertilizarea în plante

Este cunoscut faptul că reproducerea sexuală oferă beneficii imense. Sexul crește diversitatea genetică a descendenților, ceea ce se traduce într-o probabilitate mai mare ca succesorii să se confrunte cu provocări mai mari, cum ar fi schimbări de mediu, organisme patogene, printre altele.

În schimb, auto-fertilizarea are loc în anumite plante și animale de cultură. Se sugerează că acest proces se asigură că noul individ se va dezvolta pe deplin și este, de asemenea, o strategie viabilă - deși depinde de specie și de condițiile de mediu.

S-a constatat că în diverse angiosperme există mecanisme care împiedică autofertilizarea în organismele hermafrodite, complicând în diverse moduri că floarea se poate fertiliza singură.

Aceste bariere sporesc varietatea genetică a populației, deoarece încearcă să se asigure că gameții de sex feminin și masculin provin de la părinți diferiți.

Plantele care prezintă flori cu stamine funcționale și carpeli evită să se autosesizeze cu discrepanța timpului de maturare a structurilor. O altă modalitate este un aranjament structural care împiedică transferul de polen.

Cel mai frecvent mecanism este auto-incompatibilitatea. În acest caz, plantele tind să respingă propriul polen.

Referințe

1. Jarne, P., & Auld, JR (2006). Animalele o amestecă și ele: distribuția auto-fertilizării între animalele hermafrodite. Evoluție, 60 (9), 1816-1824.
2. Jiménez-Durán, K., & Cruz-García, F. (2011). Incompatibilitatea sexuală, un mecanism genetic care împiedică autofertilizarea și contribuie la diversitatea plantelor. Revista Mexicului Fitotecnia, 34 (1), 1-9.
3. Lande, R., & Schemske, DW (1985). Evoluția autofertilizării și depresiei consangvinizate la plante. I. Modele genetice. Evoluție, 39 (1), 24-40.
4. Schärer, L., Janicke, T., & Ramm, SA (2015). Conflict sexual în hermafrodite. Perspectivele Cold Spring Harbor în biologie, 7 (1), a017673.
5. Slotte, T., Hazzouri, KM, Ågren, JA, Koenig, D., Maumus, F., Guo, YL, … și Wang, W. (2013). Genomul Capsella rubella și consecințele genomice ale evoluției rapide a sistemului de împerechere. Genetica naturii, 45 (7), 831.
6. Wright, SI, Kalisz, S., & Slotte, T. (2013). Consecințe evolutive ale auto-fertilizării la plante. Proceedings. Științe biologice, 280 (1760), 20130133.