SAMOOPLODNENIE: U ZVIERAT, RASTLÍN A PRÍKLADOV - BIOLÓGIE - 2026

Self- fertilizácie je spojenie mužských a ženských pohlavných buniek rovnakého jedinca. Vyskytuje sa v organizmoch, ktoré sú hermafrodity - bytosti, ktoré kombinujú mužské a ženské funkcie u jedného jedinca, buď postupne alebo súčasne.

Keď sa produkcia gamét oboch typov časovo prekrýva (aspoň v čase), hermafrodity sú simultánne. Táto modalita ponúka možnosť samooplodnenia.

Samooplodnenie sa vyskytuje u niekoľkých druhov rastlín. Zdroj: pixabay.com

Zdá sa, že u viacbunkových organizmov, najmä rastlín a živočíchov, je hermafrodit široko rozšíreným javom.

Samooplodnenie je optimálna stratégia pre neustále prostredie s malou dostupnosťou partnerov. Prináša však niektoré negatívne dôsledky, napríklad depresiu v dôsledku pokrvného stavu.

V tomto fenoméne je znížená genetická variabilita populácie, čo znižuje jej schopnosť prispôsobiť sa zmenám prostredia, odolnosti voči patogénom alebo bylinožravcom. Tieto aspekty sa zdajú byť dôležité pre líniu rastlín a živočíchov.

V rastlinách

V rastlinách je bežné, že ten istý jedinec je „otcom a matkou“ svojich semien. Hoci hlavnou úlohou kvetov je - s najväčšou pravdepodobnosťou - podpora krížového oplodnenia, samooplodnenie môže existovať u hermafroditických druhov.

Príkladmi rastlín, v ktorých sa tento jav vyskytuje, sú hrach (organizmus, ktorý Gregor Mendel použil na vývoj základných zákonov o dedičstve, kde pre tento proces bola rozhodujúca samoopelivá udalosť) a strukoviny.

Napríklad v prípade sójových kvetov sa môžu kvety otvoriť, aby sa umožnilo krížové opelenie hmyzom, alebo môžu zostať uzavreté a samoopelivé.

U zvierat

Podľa Jarne a kol. (2006), s výnimkou hmyzu, približne jedna tretina živočíšnych druhov predstavuje fenomén hermafroditizmu. Táto skutočnosť uľahčila vývoj samooplodnenia mnohých živočíšnych druhov.

Distribúcia rýchlostí samovznietenia je podobná ako v rastlinách, čo naznačuje, že podobné procesy fungovali v oboch líniách v prospech vývoja samoopelenia.

Pre Jarne a kol. (2006), hermafroditizmus je zriedkavý vo fyle väčších zvierat, najmä článkonožcov. Je to bežný jav v prípade menšej fyly, ako sú morské špongie, medúzy, ploštice, mäkkýše, morské striekačky a annelids.

Títo autori zistili, že samooplodnenie nastáva v taxónoch, kde sa gamety (samce aj samice) produkujú na jednom mieste alebo žľaze, ako sa vyskytuje v pľúcnych slimákoch.

Môže sa vyskytnúť aj v situáciách, keď sa gaméty produkujú na rôznych miestach alebo keď sú vyhnané do vody, ako je to v prípade morských druhov.

V niektorých trematódach a oligochetách dochádza k samoopeleniu po nevyhnutnej kopulácii u toho istého jedinca.

Výhody samooplodnenia

V krátkodobom horizonte sú niektoré výhody samooplodnenia. Po prvé, ženské aj mužské gaméty pochádzajú od jedného rodiča.

Organizmy tak získavajú ďalších 50% z prenosu svojich génov - v porovnaní s typickým 50% -ným prínosom sexuálnej reprodukcie, pretože zvyšných 50% zodpovedá príspevku, ktorý prispieva sexuálny partner.

Samooplodnenie sa môže uprednostniť aj vtedy, keď sa oblasť obývaná daným druhom vyznačuje nízkym počtom potenciálnych druhov alebo, v prípade rastlín, v oblastiach, kde je málo opeľovačov.

Okrem toho by samooplodnenie v rastlinných druhoch viedlo k úsporám energie, pretože kvety týchto rastlín môžu byť malé (už nemusia byť veľké a viditeľné, aby prilákali opeľovače) s obmedzeným množstvom peľu.

Samooplodnenie tak zabezpečuje reprodukciu a zvyšuje kolonizáciu oblasti. Naj akceptovanejšia ekologická hypotéza na vysvetlenie vývoja samooplodnenia súvisí so zaručením reprodukcie.

Nevýhody sebectva

Za hlavnú nevýhodu sebectva sa považuje inbredná depresia. Tento jav znamená zníženie kondície alebo biologického postoja potomstva v pomere k kríženému potomstvu.

Z tohto dôvodu existujú druhy, ktoré, hoci sú hermafrodity, majú mechanizmy na zabránenie samooplodnenia. Hlavné mechanizmy sa budú venovať nasledujúcej časti.

Súčasný pohľad na vývoj samooplodnenia zahŕňa ekologické a vývojové sily. Z Fisherovho pohľadu sa predpokladá vzájomná súčinnosť medzi zrejmými výhodami samooplodnenia a depresie v dôsledku príbuzenstva.

Tento model predpovedá vznik samooplodnenia alebo čistých krížov v dôsledku rušivého výberu (keď sú uprednostňované extrémy zvláštnosti), čo nezvýhodňuje zvýšenie frekvencie prechodných variantov.

Týmto spôsobom modely navrhujú vývoj tohto systému ako interakciu jeho výhod oproti jeho nevýhodám.

Ekologické modely naopak navrhujú stredné miery samooplodnenia.

Mechanizmy, ktoré bránia samooplodneniu rastlín

Je všeobecne známe, že sexuálna reprodukcia poskytuje obrovské výhody. Sex zvyšuje genetickú diverzitu potomkov, čo vedie k väčšej pravdepodobnosti, že nástupcovia môžu čeliť väčším výzvam, ako sú napríklad zmeny životného prostredia, patogénne organizmy.

Na rozdiel od toho k samooplodneniu dochádza u niektorých kultúrnych rastlín a zvierat. Navrhuje sa, aby tento proces zabezpečil, že nový jednotlivec sa bude v plnej miere rozvíjať, a je to aj životaschopná stratégia - hoci to závisí od druhov a environmentálnych podmienok.

Zistilo sa, že v rôznych angiospermoch existujú mechanizmy, ktoré bránia samooplodneniu v hermafroditických organizmoch a komplikujú rôznymi spôsobmi, že kvetina sa môže samo oplodniť.

Tieto bariéry zvyšujú genetickú rozmanitosť populácie, pretože sa snažia zabezpečiť, aby ženské a mužské gaméty pochádzali od rôznych rodičov.

Rastliny, ktoré prezentujú kvety s funkčnými tyčinkami a kaprami, sa vyhýbajú samovzniknutiu s nezrovnalosťou doby dozrievania štruktúr. Ďalšou modalitou je konštrukčné usporiadanie, ktoré zabraňuje prenosu peľu.

Najbežnejším mechanizmom je nekompatibilita. V tomto prípade majú rastliny tendenciu odmietať vlastný peľ.

Referencie

1. Jarne, P., & Auld, JR (2006). Zvieratá to tiež miešajú: distribúcia samooplodnenia medzi hermafroditickými zvieratami. Evolution, 60 (9), 1816-1824.
2. Jiménez-Durán, K. a Cruz-García, F. (2011). Sexuálna nekompatibilita, genetický mechanizmus, ktorý zabraňuje samooplodneniu a prispieva k rozmanitosti rastlín. Mexický časopis Fitotecnia, 34 (1), 1-9.
3. Lande, R., & Schemske, DW (1985). Vývoj samooplodnenia a kríženia inbreeding v rastlinách. I. Genetické modely. Evolution, 39 (1), 24-40.
4. Schärer, L., Janicke, T., & Ramm, SA (2015). Sexuálny konflikt v hermafroditoch. Perspektívy Cold Spring Harbor v biológii, 7 (1), a017673.
5. Slotte, T., Hazzouri, KM, Ågren, JA, Koenig, D., Maumus, F., Guo, YL,… & Wang, W. (2013). Genóm Capsella rubella a genomické následky rýchleho vývoja párenia. Nature genetics, 45 (7), 831.
6. Wright, SI, Kalisz, S., & Slotte, T. (2013). Evolučné dôsledky samooplodnenia rastlín. Riadenie. Biological Sciences, 280 (1760), 20130133.