REPRODUCEREA SEXUALĂ: CARACTERISTICI, TIPURI, PLANTE, ANIMALE - BIOLOGIE - 2025

Reproducerea sexuală este multiplicarea indivizilor din doi părinți de diferite sexe: bărbați și femei - cu excepția cazului când se referă la reproducerea sexuală în bacterii sau protozoare, în cazul în care nu este nici o deosebire de sex. Este un proces larg distribuit în organismele eucariote.

Fiecare individ care participă la reproducerea sexuală produce un tip de celule germinale specializate: sperma și ouă. Acestea sunt cauzate de un tip de diviziune celulară specializată, numită meioză. Acest eveniment este diferența crucială între reproducerea asexuală și cea sexuală.

Sursa: De Manojiritty, de la Wikimedia Commons

Procesul începe cu unirea a doi gameți care dau naștere unui zigot. Ulterior, zigotul dă naștere unui nou individ cu caracteristicile ambilor părinți și cu anumite caracteristici unice.

Datorită ubicuității procesului, deducem că reproducerea sexuală implică o serie de avantaje față de reproducerea asexuală. Cu toate acestea, posibilele dezavantaje ale reproducerii sexuale sunt mai vizibile: timpul și energia investite în căutarea împerecheților, competiția pentru femei, costul producției de gameti care nu sunt fertilizați, printre altele.

Costurile par a fi foarte mari, deci trebuie să aibă avantaje substanțiale pentru a ajuta la compensarea acestuia. Beneficiile reproducerii sexuale au fost subiect de controverse și dezbateri între biologii evolutivi.

O ipoteză sugerează că reproducerea sexuală este benefică, deoarece produce soiuri care, în perioadele schimbărilor de mediu, ar putea fi benefice pentru specie. De fapt, producerea variabilității genetice este unul dintre avantajele atribuite sexului.

Pe de altă parte, unii cercetători propun că reproducerea sexuală, în special recombinarea, a fost selectată ca mecanism de reparare a ADN-ului. Cu toate acestea, prevalența sexului, în ciuda costurilor sale, nu este încă cunoscută.

Caracteristici generale

Sexul este un fenomen complex care variază foarte mult între taxonii eucarioti. În general, îl putem înțelege ca un proces care implică trei etape: fuziunea a două nuclee haploide, fenomenul de recombinare care produce genotipuri noi și divizarea celulelor diploide în formarea nucleelor ​​haploide.

Din acest punct de vedere, sexul în eucariote depinde de un ciclu de viață, în care celulele diploide trebuie să se împartă prin meioză. Acest proces de diviziune meiotică este responsabil de distribuirea materialului genetic al viitorilor gameți.

Meiosis își propune să separe cromozomii omologi, astfel încât fiecare gamet să aibă jumătate din cromozomii somatici. Pe lângă reducerea încărcăturii genetice, în meioză se face și schimbul de material între cromatide care nu sunt surori, producând combinații total noi.

gameți

Gametele sunt celulele sexuale ale organismelor care sunt generate de meioză și conțin jumătate din sarcina genetică, adică sunt haploide.

Gametele variază atât la plante, cât și la animale și sunt clasificate în trei categorii fundamentale, în funcție de mărimea și mobilitatea lor relativă: izogamie, anisogamie și oogamie.

Izogamia este o formă de reproducere sexuală în care gameții care fuzionează pentru a da naștere noului individ sunt identici ca mărime, mobilitate și structură. Izogamia este reprezentată mai ales la plante.

În schimb, anisogamia constă în unirea a doi gameți care diferă ca mărime și structură. Un tip particular de anisogamie este oogamia, unde gametii masculi au dimensiuni relativ mici și numeroase abundente. Cele feminine sunt mult mai vizibile și sunt produse în număr mai mic.

Reproducerea sexuală la animale

În regnul animal, reproducerea sexuală este un fenomen distribuit pe scară largă între membrii grupului.

Aproape toate nevertebratele și vertebrele dețin sexul în organisme separate - adică putem distinge un individ masculin și un feminin dintr-o specie. Această afecțiune este numită dioică, un termen derivat din rădăcinile grecești „două case”

În schimb, există anumite specii mai puțin numeroase ale căror sexe sunt prezente la același individ numit monoeștient: „o casă”. Aceste animale sunt cunoscute și sub numele de hermafrodite.

Distincția dintre sexe nu este dată de caracteristicile morfologice de mărime sau de colorare, ci de tipul de gamete pe care le produce fiecare sex.

Femelele produc ovule, caracterizate prin dimensiunile mari și imobilitatea lor. Sperma, pe de altă parte, este produsă de masculi în cantitate mai mare, sunt mult mai mici și au structuri speciale pentru a muta și fertiliza ovulul.

În continuare vom descrie organele sexuale tipice ale animalelor și apoi vom detalia procesul de reproducere în fiecare grup de animale.

Structuri asociate reproducerii

Celulele specializate pentru reproducere sexuală - ouă și spermă - sunt produse în țesuturi specifice numite gonade.

La bărbați, testiculele sunt responsabile de producția de spermă, în timp ce gametele feminine sunt formate în ovare.

Gonadele sunt considerate organele sexuale primare. Organele sexuale accesorii sunt prezente într-un grup important de metazoane care sunt responsabile de primirea și transferul ouălor și spermatozoizilor. La femei găsim vaginul, tuburile uterine sau trompele uterine și uterul, în timp ce la bărbați există penisul.

Poros

Poriferele sunt cunoscute în mod obișnuit sub formă de bureți și se pot reproduce atât sexual cât și asexual. La majoritatea speciilor, producția de gameți masculi și feminini are loc la un singur individ.

Choanocitele sunt un tip particular de celule ale acestei linii, care se pot transforma în spermatozoizi. În alte grupuri, gametii pot fi derivați din arheocite.

Multe specii sunt viviparoase, ceea ce indică faptul că, după fenomenul de fertilizare, zigotul este reținut de organismul parental până la eliberarea unei larve. La aceste specii sperma este eliberată în apă și preluată de un alt burete.

cnidarians

Cnidarii sunt organisme marine care includ meduze și altele asemenea. Aceste animale au două morfologii: primul este polipul și se caracterizează printr-un stil de viață sesil, în timp ce al doilea este meduza care este capabilă să se miște și să plutească.

Polipii, în general, se reproduc asexual prin procese de înmugurire sau fisiune. Meduza este dioică și se reproduce sexual. Ciclul de viață din acest grup este extrem de variabil.

Acelomorfi și viermi plate

Viermii de plat, cum ar fi planarii, sunt cunoscuți în primul rând pentru capacitatea lor de a se regenera și produce multiple clone asexual de la un singur individ.

Majoritatea acestor animale vermiforme sunt monoece. Cu toate acestea, ei caută un partener care să efectueze fertilizarea încrucișată.

Sistemul reproducător masculin include mai multe testicule și o structură asemănătoare papilei similare cu penisurile vertebrelor complexe.

Moluste și anelide

Majoritatea moluștelor sunt dioice și reproducerea lor dă naștere unei larve de înot liber numită trocófera (foarte asemănătoare cu larvele prezente în anelide) și variază în funcție de speciile de moluște.

În mod similar, anelidele au sexe separate, iar în unele au gonade care apar temporar.

artropode

Artropodii sunt un grup extrem de divers de animale, caracterizat printr-un exoschelet format din chitină și apendicele articulate. Această linie include miriadele, cheliceratele, crustaceele și hexapodele.

Sexele sunt în general separate, organele specializate în reproducere apar în perechi. Majoritatea speciilor au fertilizare internă. Pot fi ovipari, ovovivipari sau vivipari.

echinoderme

Echinodermele includ stele de mare, castraveți de mare, arici de mare și altele asemenea. Deși există unele specii hermafrodite, majoritatea se caracterizează prin a avea sexe separate. Gonadele sunt structuri mari, conductele sunt simple și nu există organe copulatorii elaborate.

Fertilizarea are loc extern și se dezvoltă o larvă bilaterală care se poate mișca liber în corpul apei. Unele specii au o dezvoltare directă.

chordates

Majoritatea sexelor sunt separate. În acest grup găsim organe mai complexe pentru reproducere. Fiecare sex are gonade cu conducte care direcționează produsele acestora către o cloacă sau către o anumită deschidere specială situată în apropierea anusului. În funcție de grup, fertilizarea poate fi externă sau internă.

Partenogeneza la animale

Partenogeneza este un fenomen larg reprezentat în regnul animal, în principal în nevertebrate și unele vertebrate, care permite generarea unui nou individ cu un singur părinte. Deși este o formă de reproducere asexuală, anumite tipuri de partenogeneză sunt considerate tipuri de reproducere sexuală.

În partenogeneza miiotică, un ou este format prin meioză și poate fi sau nu fertilizat de spermă de la un bărbat.

În unele cazuri, ouăle trebuie activate de gametul sexului masculin. În acest caz, nu există fuziunea ambelor nuclee, deoarece materialul genetic din spermă este aruncat.

Cu toate acestea, la unele specii ovulul se poate dezvolta spontan, fără a fi nevoie de procesul de activare.

Reproducerea sexuală la plante

Analog în cazul animalelor, plantele pot suferi o reproducere sexuală. Constă în unirea a doi gameți haploizi care vor da naștere unui nou individ cu caracteristici genetice unice.

Planta poate avea organele masculine și feminine într-un singur individ sau pot fi separate. La castraveți și lași, sexele sunt separate, în timp ce la trandafiri și petunii, sexele sunt împreună.

Floarea

Organul responsabil pentru procesele de reproducere sexuală sunt florile. Aceste structuri specializate au regiuni care nu participă direct la reproducere: caliciul și corola și structuri sexuale active: androeciul și gineceu.

Androeciumul este organul reproducător masculin compus dintr-un stamin, care la rândul său este împărțit într-un filament și o anteră. Această ultimă regiune este responsabilă pentru producerea boabelor de polen.

Gynoeciumul este organul feminin al florilor și este format din unități numite carpeli. Structura este similară cu o „picătură” alungită și este împărțită în stigmat, stil și în final ovar.

Polenizare

Procesul de reproducere sexuală la plante are loc în principal prin polenizare, care constă în transportul boabelor de polen de la furnică la stigmat.

Polenizarea poate avea loc în aceeași floare (boabele de polen merg la organul feminin al aceleiași plante) sau poate fi încrucișată, unde boabele de polen fertilizează un individ diferit.

În majoritatea plantelor, intervenția unui animal este necesară pentru a efectua polenizarea. Acestea pot fi nevertebrate, cum ar fi albine sau alte insecte sau vertebrate, cum ar fi păsări și lilieci. Planta oferă polenizatorului nectarul drept recompensă și sunt responsabili de împrăștierea polenului.

Structurile florale care nu participă direct la reproducere sunt corola și caliciul. Acestea sunt frunze modificate, în multe cazuri cu culori luminoase și vibrante, care sunt responsabile de atragerea vizuală sau chimică a polenizatorului potențial.

În mod similar, unele plante nu necesită polenizatori pentru animale și folosesc vânt sau apă pentru a dispersa polenul.

Fertilizare, semințe și fructe

Procesul începe cu sosirea boabelor de polen la stigmatul florii. Acestea călătoresc după stil până găsesc ovarul.

Fertilizarea dublă este tipică plantelor cu flori și unică printre toate organismele. Fenomenul se produce astfel: un nucleu al unui spermatozoid se unește cu un ovul, iar un alt nucleu de spermă se fuzionează la un embrion diploid al sporofitului.

Rezultatul acestui eveniment neobișnuit de fertilizare este un endosperm trioploid care va acționa ca un țesut nutritiv pentru dezvoltarea organismului. Odată cu succes maturizarea ovulelor, acestea se transformă în semințe. Fructul, pe de altă parte, este format din ovarele mature.

Fructul poate fi clasificat ca simplu dacă provine dintr-un ovar matur și adăugat dacă se dezvoltă din mai multe ovare, cum ar fi căpșunul, de exemplu.

Reproducerea sexuală în bacterii

Bacteriile sunt cunoscute în primul rând pentru capacitatea lor de a se reproduce asexual.

În această linie procariotă, un individ este capabil să se împartă în două printr-un proces numit fisiune binară. Cu toate acestea, există o serie de mecanisme în bacterii care amintesc de reproducerea sexuală, deoarece există un schimb de material genetic.

Până la mijlocul anilor 1940, se credea că bacteriile se reproduc exclusiv asexual. Cu toate acestea, cercetătorii Joshua Lederberg și Edward Tatum au respins această credință printr-un experiment ingenios folosind bacteriile E. coli cu cerințe dietetice diferite ca model.

Experimentul a constat dintr-o tulpină A care crește în mediu minim cu metionină și biotină și o tulpină B care a crescut doar în medii cu treonină, leucină și tiamină. Cu alte cuvinte, fiecare tulpină a purtat o mutație care a împiedicat-o să sintetizeze acești compuși, de aceea trebuiau sintetizați în mediul de cultură.

Când coloniile au fost în contact pentru câteva ore, indivizii au dobândit capacitatea de a sintetiza nutrienți pe care anterior nu i-au mai putut. Astfel, Lederberg și Tatum au demonstrat că a existat un proces de schimb de ADN similar reproducerii sexuale și l-au numit conjugare.

Conjugare

Procesul de conjugare are loc printr-o structură asemănătoare punții, numită piliul sexual, care leagă fizic două bacterii și le permite să facă schimb de ADN.

Deoarece bacteriile nu au dimorfism sexual, nu putem vorbi de bărbați și femei. Cu toate acestea, un singur tip poate produce pili și au fragmente speciale de ADN numite factor F, pentru „fertilitate”. Factorul F posedă genele pentru producția de pili.

ADN-ul implicat în schimb nu face parte dintr-un singur cromozom bacterian. În schimb, este o porțiune circulară izolată numită plasmidă, care are propriul său sistem de replicare.

Transformare

Pe lângă conjugare, există și alte procese în care bacteriile pot obține un ADN suplimentar și se caracterizează prin a fi mai simple decât conjugarea. Una dintre ele este transformarea, care constă în prelevarea ADN-ului gol din mediul extern. Acest fragment de ADN exogen poate fi integrat în cromozomul bacterian.

Mecanismul de transformare intră în conceptul de reproducere sexuală. Deși bacteriile au luat ADN gratuit, acest material genetic a trebuit să provină dintr-un alt organism - de exemplu, o bacterie care a murit și și-a eliberat ADN-ul în mediu.

Transducerea

Al treilea și ultimul mecanism cunoscut în bacterii pentru obținerea ADN-ului străin este transducția. Aceasta implică participarea unui virus care infectează bacteriile: bacteriofagii.

În transducție, un virus preia o porțiune de ADN bacterian și atunci când infectează o bacterie, o diferență poate să-i treacă acest fragment. Unii autori folosesc termenul „evenimente parasexuale” pentru a face referire la aceste trei mecanisme.

Perspectivă evolutivă

Ubiquitatea reproducerii sexuale în organisme este un fapt remarcabil. Astfel, una dintre cele mai mari întrebări din biologia evolutivă este de ce sexul este răspândit pe atâtea linii dacă este o activitate scumpă din punct de vedere energetic - și în unele cazuri chiar periculoasă.

Se suspectează că forțele selective care au generat reproducerea sexuală în eucariote sunt aceleași care mențin procesele parasexuale descrise pentru bacterii.

Costurile sexului

În lumina evoluției, termenul „succes” se referă la capacitatea unui individ de a-și transmite genele către generația următoare. Paradoxal, sexul este un proces care nu îndeplinește pe deplin această definiție, deoarece o serie de costuri asociate reproducerii.

Reproducerea sexuală presupune găsirea unui partener și, în cele mai multe cazuri, această sarcină nu este banală. În acest demers trebuie investit o cantitate enormă de timp și energie care va determina succesul urmașilor - în ceea ce privește găsirea „partenerului ideal”.

Animalele afișează o serie de ritualuri pentru a-și îmbolnăvi potențialii colegi și, în unele cazuri, trebuie să lupte expunându-și propria viață pentru a realiza copulația.

Chiar și la nivel celular, sexul este scump, deoarece diviziunea după meioză durează mult mai mult decât mitoza. Deci de ce majoritatea eucariotelor se reproduc sexual?

Există două teorii fundamentale. Unul este legat de fuziunea celulară ca mecanism de transmitere orizontală a unui element genetic „egoist”, în timp ce a doua teorie propune recombinarea ca mecanism de reparare a ADN-ului. Mai jos vom descrie avantajele și contra de fiecare teorie:

Beneficii sexuale

Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să ne concentrăm asupra posibilelor beneficii ale reproducerii sexuale în primele eucariote.

Fuziunea gameților pentru a forma un zigot duce la o combinație de doi genomi diferiți care sunt capabili să compenseze gene posibile defecte dintr-un genom cu o copie normală a celuilalt.

La oameni, de exemplu, moștenim câte un exemplar de la fiecare părinte. Dacă moștenim o genă defectă de la mama noastră, gena normală de la tatăl nostru o poate compensa (într-un astfel de caz că patologia sau boala se prezintă doar ca recesive homozigote).

O a doua teorie - nu la fel de intuitivă ca prima - propune că meioza acționează ca un mecanism de reparație în ADN. Deteriorarea materialului genetic este o problemă cu care trebuie să se confrunte toate organismele. Cu toate acestea, există organisme care se reproduc doar pe cale asexuată, iar ADN-ul lor nu este afectat în special.

O altă ipoteză afirmă că sexul ar fi putut evolua ca o adaptare parazitară între elementele genetice egoiste, pentru a fi distribuit altor linii genetice. Un mecanism similar a fost evidențiat în E. coli.

Deși există posibile explicații, evoluția sexului este un subiect de dezbateri aprinse între biologii evolutivi.

Selecția sexuală

Selecția sexuală este un concept introdus de Charles Darwin care se aplică numai populațiilor care se reproduc sexual. Este folosit pentru a explica prezența comportamentelor, structurilor și a altor atribute a căror existență nu poate fi concepută prin selecție naturală.

De exemplu, penajul foarte colorat și oarecum „exagerat” de păuni nu oferă beneficii directe individului, deoarece îl face mai vizibil pentru potențialii prădători. În plus, este prezent doar la bărbați.

Referințe

1. Colegrave, N. (2012). Succesul evolutiv al sexului: Science & Society Series on Sex and Science. Rapoarte EMBO, 13 (9), 774-778.
2. Crow, JF (1994). Avantajele reproducerii sexuale. Genetica dezvoltării, 15 (3), 205-213.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Analiza evolutivă. Sala Prentice.
4. Goodenough, U., și Heitman, J. (2014). Originea reproducerii sexuale eucariote. Perspectivele de primăvară rece în biologie, 6 (3), a016154.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Principii integrate de zoologie. New York: McGraw-Hill.
6. Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (Eds.). (2010). Evoluția caracterelor sexuale primare la animale. Presa Universitatii Oxford.
7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Reproducerea sexuală la animale și plante. Springer-Verlag GmbH.