SEXUÁLNA REPRODUKCIA: CHARAKTERISTIKA, DRUHY, RASTLINY, ZVIERATÁ - BIOLÓGIE - 2026

Pohlavné rozmnožovanie je rozmnožovanie jednotlivcov z dvoch rodičov rôzneho pohlavia: muži a ženy - okrem prípadov, keď sa odkazuje na pohlavné rozmnožovanie baktérií a prvokov, kde je bez rozdielu pohlavia. Je to veľmi rozšírený proces v eukaryotických organizmoch.

Každý jednotlivec, ktorý sa podieľa na sexuálnej reprodukcii, produkuje typ špecializovaných buniek zárodočnej línie: spermie a vajíčka. Spôsobuje ich typ špecializovaného delenia buniek, ktorý sa nazýva meióza. Táto udalosť predstavuje zásadný rozdiel medzi asexuálnou a sexuálnou reprodukciou.

Zdroj: Autor: Manojiritty, z Wikimedia Commons

Tento proces začína spojením dvoch gamét, ktoré vedú k vzniku zygoty. Neskôr vznikne zygota nový jedinec, ktorý má vlastnosti oboch svojich rodičov a určité jedinečné vlastnosti.

Z dôvodu všadeprítomnosti procesu usudzujeme, že sexuálna reprodukcia má oproti asexuálnej reprodukcii celý rad výhod. Možné nevýhody sexuálnej reprodukcie sú však zreteľnejšie: okrem iného čas a energia investovaná do hľadania kamarátov, konkurencia pre ženy, náklady na výrobu gamét, ktoré nie sú oplodnené.

Zdá sa, že náklady sú veľmi vysoké, a preto musia mať značné výhody, ktoré ich pomôžu vyrovnať. Výhody sexuálnej reprodukcie boli predmetom kontroverzie a debaty medzi evolučnými biológmi.

Jedna hypotéza naznačuje, že sexuálna reprodukcia je prospešná, pretože vytvára odrody, ktoré by v čase zmien prostredia mohli byť pre daný druh prospešné. V skutočnosti je produkcia genetickej variability jednou z výhod pripisovaných pohlaviu.

Na druhej strane niektorí vedci tvrdia, že sexuálna reprodukcia, konkrétne rekombinácia, bola vybraná ako mechanizmus opravy DNA. Prevalencia pohlavia je napriek jeho nákladom stále neznáma.

Všeobecné charakteristiky

Sex je komplexný jav, ktorý sa medzi eukaryotickými taxónmi veľmi líši. Všeobecne to môžeme chápať ako proces, ktorý zahŕňa tri kroky: fúzia dvoch haploidných jadier, jav rekombinácie, ktorý vytvára nové genotypy, a delenie diploidných buniek za vzniku haploidných jadier.

Z tohto hľadiska závisí sex v eukaryotoch na životnom cykle, v ktorom sa diploidné bunky musia deliť meiózou. Tento proces meiotického delenia je zodpovedný za distribúciu genetického materiálu budúcich gamét.

Cieľom meiózy je separovať homológne chromozómy takým spôsobom, že každá gameta má polovicu somatických chromozómov. Okrem zníženia genetickej záťaže dochádza v meióze k výmene materiálu medzi nesesterskými chromatidmi, čo vedie k úplne novým kombináciám.

gaméty

Gamety sú pohlavné bunky organizmov, ktoré sú generované meiózou a obsahujú polovicu genetickej záťaže, to znamená, že sú haploidné.

Gamety sa líšia v rastlinách aj na zvieratách a sú rozdelené do troch základných kategórií v závislosti od ich veľkosti a relatívnej pohyblivosti: izogamy, anisogamy a oogamy.

Isogamia je forma sexuálnej reprodukcie, pri ktorej sú gaméty, ktoré sa spájajú, aby dali nový jednotlivec, rovnaké rozmery, mobilitu a štruktúru. Isogamy je zastúpená hlavne v rastlinách.

Naproti tomu anizogamia pozostáva zo spojenia dvoch gamét, ktoré sa líšia veľkosťou a štruktúrou. Jedným konkrétnym typom anizogamie je oogamia, kde mužské gaméty majú relatívne malú veľkosť a ich počet je pomerne vysoký. Ženy sú oveľa viditeľnejšie a produkujú sa v menšom počte.

Sexuálna reprodukcia u zvierat

V živočíšnej ríši je sexuálna reprodukcia rozšíreným javom medzi členmi skupiny.

Takmer všetky bezstavovce a stavovce majú pohlavie v samostatných organizmoch - to znamená, že môžeme rozlíšiť mužského a ženského jedinca v druhu. Tento stav sa nazýva dvojdomý, termín odvodený od gréckych koreňov „dva domy“

Na rozdiel od toho existujú určité menej početné druhy, ktorých pohlavia sa vyskytujú u toho istého jedinca, ktoré sa nazývajú monokulárne: „dom“. Tieto zvieratá sú známe aj ako hermafrodity.

Rozdiel medzi pohlaviami nie je daný morfologickými charakteristikami veľkosti alebo sfarbenia, ale typom gamét, ktoré každé pohlavie vytvára.

Samice produkujú vajíčka, ktoré sa vyznačujú svojou veľkou veľkosťou a imobilitou. Na druhej strane spermie sú produkované samcami vo väčšom množstve, sú omnoho menšie a majú špeciálne štruktúry na pohyb a oplodnenie vajíčka.

Ďalej popíšeme typické pohlavné orgány zvierat a podrobne popíšeme reprodukčný proces v každej skupine zvierat.

Štruktúry spojené s reprodukciou

Špecializované bunky na sexuálnu reprodukciu - vajíčka a spermie - sa vyrábajú v špecifických tkanivách nazývaných gonády.

U mužov sú semenníky zodpovedné za produkciu spermií, zatiaľ čo samičky sa tvoria vo vaječníkoch.

Gonády sa považujú za primárne sexuálne orgány. Doplnkové sexuálne orgány sú prítomné v dôležitej skupine metazoanov, ktoré sú zodpovedné za príjem a prenos vajíčok a spermií. U žien nájdeme vagínu, maternicové trubice alebo vajcovody a maternicu, zatiaľ čo u mužov je penis.

Poriferous

Poriféry sú bežne známe ako huby a môžu sa reprodukovať sexuálne aj asexuálne. U väčšiny druhov sa produkcia samčích a samičích gamét vyskytuje u jedinca.

Choanocyty sú zvláštnym typom bunky tejto línie, ktorá sa môže transformovať na spermie. V iných skupinách môžu byť gaméty odvodené od archeocytov.

Veľa druhov je živých, čo naznačuje, že po fenoméne oplodnenia je zygota zadržaná rodičovským organizmom až do uvoľnenia larvy. U týchto druhov sa spermie uvoľňujú do vody a absorbujú inou špongiou.

Cnidarians

Cnidarians sú morské organizmy, ktoré zahŕňajú medúzy a podobné. Tieto zvieratá majú dve morfológie: prvé je polyp a vyznačuje sa zmyslovým štýlom života, zatiaľ čo druhé je medúza schopná pohybu a plávania.

Polypy sa všeobecne reprodukujú asexuálne pomocou pučiacich alebo štiepnych procesov. Medúza je dvojdomá a sexuálne sa reprodukuje. Životný cyklus v tejto skupine je veľmi variabilný.

Acelomorfy a flatworms

Ploché červy, ako napríklad planárni, sú známe predovšetkým svojou schopnosťou regenerovať a produkovať viacnásobné klony asexuálne od jedného jedinca.

Väčšina týchto vermiformných zvierat je monokinetická. Hľadajú však partnera na uskutočnenie krížového oplodnenia.

Mužský reprodukčný systém obsahuje niekoľko semenníkov a štruktúru podobnú papilám podobným penisom komplexných stavovcov.

Mäkkýše a annelidy

Väčšina mäkkýšov je dvojdomá a ich reprodukcia vedie k voľne sa plávajúcej larve zvanej trocófera (veľmi podobná larvám prítomným v annelids) a líši sa podľa druhu mäkkýšov.

Podobne majú annelids oddelené pohlavia av niektorých majú gonády, ktoré sa objavujú dočasne.

článkonožcov

Artropods je extrémne rozmanitá skupina zvierat, ktorá sa vyznačuje exoskeletom zloženým z chitínu a pripojených príveskov. Do tejto línie patria myriapody, chelicerates, kôrovce a hexapods.

Pohlavia sú spravidla oddelené, orgány špecializované na reprodukciu sa vyskytujú vo dvojiciach. Väčšina druhov má vnútorné oplodnenie. Môžu byť oviparous, ovoviviparous alebo viviparous.

ostnokožcov

Medzi ostnokožce patria hviezdice, morské uhorky, morské ježovky a podobne. Hoci existujú hermafroditové druhy, väčšina sa vyznačuje tým, že majú samostatné pohlavia. Gonády sú veľké štruktúry, kanály sú jednoduché a neexistujú žiadne komplikované kopulačné orgány.

Hnojenie sa vyskytuje navonok a vzniká dvojstranná larva, ktorá sa môže voľne pohybovať v tele vody. Niektoré druhy majú priamy vývoj.

Chordáty

Väčšina pohlaví je oddelená. V tejto skupine nájdeme zložitejšie orgány na reprodukciu. Každé pohlavie má pohlavné žľaby s kanálikmi, ktoré nasmerujú ich produkty do kloaky alebo na nejaký špeciálny otvor v blízkosti konečníka. V závislosti od skupiny môže byť hnojenie vonkajšie alebo vnútorné.

Parenogenéza u zvierat

Parenogenéza je jav široko zastúpený v živočíšnej ríši, najmä u bezstavovcov a niektorých stavovcov, ktorý umožňuje generáciu nového jedinca s jedným rodičom. Aj keď ide o formu asexuálnej reprodukcie, určité typy parthenogenézy sa považujú za typy sexuálnej reprodukcie.

Pri meiotickej parenogenéze je vajíčko tvorené meiózou a môže alebo nemusí byť oplodnené spermiami od samcov.

V niektorých prípadoch musí byť vajíčka aktivovaná pohlavím samcov. V tomto prípade nedochádza k fúzii obidvoch jadier, pretože genetický materiál zo spermy je vyradený.

U niektorých druhov sa však vajíčko môže vyvíjať spontánne bez potreby aktivačného procesu.

Sexuálna reprodukcia v rastlinách

Podobne ako v prípade zvierat môžu rastliny podstúpiť sexuálnu reprodukciu. Pozostáva zo spojenia dvoch haploidných gamét, vďaka ktorým vznikne nový jedinec s jedinečnými genetickými vlastnosťami.

Rastlina môže mať samčie a samičie orgány u jedného jedinca alebo ich možno oddeliť. U uhoriek a mlieka sú pohlavia oddelené, zatiaľ čo u ruží a petúnií sú obe pohlavia spolu.

Kvet

Orgánmi zodpovednými za procesy sexuálnej reprodukcie sú kvety. Tieto špecializované štruktúry majú regióny, ktoré sa priamo nezúčastňujú na reprodukcii: kalich a koruna, a sexuálne aktívne štruktúry: androecium a gynoecium.

Androecium je mužský reprodukčný orgán zložený z tyčinky, ktorá sa ďalej delí na vlákno a prašník. Tento posledný región je zodpovedný za produkciu peľových zŕn.

Gynoecium je ženský organ kvetov a je tvorený jednotkami zvanými kapre. Štruktúra je podobná pretiahnutej „kvapke“ a je rozdelená na stigmu, štýl a nakoniec vaječník.

opelenie

K procesu sexuálnej reprodukcie v rastlinách dochádza hlavne opelením, ktoré spočíva v prenose peľových zŕn z prašníka do stigmy.

K opeleniu môže dôjsť v tom istom kvete (peľové zrná idú do ženského orgánu tej istej rastliny) alebo sa môžu krížiť, keď peľové zrná oplodňujú iného jedinca.

U väčšiny rastlín je zásah zvieraťa potrebný na uskutočnenie opelenia. Môže ísť o bezstavovce, ako sú včely alebo iný hmyz alebo stavovce, ako sú vtáky a netopiere. Rastlina ponúka opeľovačovi nektár ako odmenu a sú zodpovední za rozptyľovanie peľu.

Kvetinové štruktúry, ktoré sa priamo nezúčastňujú reprodukcie, sú koruna a kalich. Sú to modifikované listy, v mnohých prípadoch s jasnými a žiarivými farbami, ktoré sú zodpovedné za vizuálne alebo chemické pritiahnutie potenciálneho opeľovača.

Podobne niektoré rastliny nevyžadujú živočíšne opeľovače a na rozptyľovanie peľu používajú vietor alebo vodu.

Hnojenie, semená a ovocie

Proces začína príchodom peľových zŕn do stigmy kvetu. Tieto cestujú podľa štýlu, kým nenájdu vaječník.

Dvojité hnojenie je typické pre kvitnúce rastliny a jedinečné medzi všetkými organizmami. Tento jav sa vyskytuje nasledovne: jadro spermie sa spojí s vajíčkom a ďalšie jadro spermie sa spojí s diploidným embryom sporofytu.

Výsledkom tejto nezvyčajnej udalosti oplodnenia je trioploidný endosperm, ktorý bude pôsobiť ako výživné tkanivo pre vývoj organizmu. Akonáhle dôjde k úspešnému dozrievaniu vajíčok, transformujú sa na semená. Ovocie na druhej strane tvoria zrelé vaječníky.

Ovocie možno klasifikovať ako jednoduché, ak pochádza zo zrelého vaječníka a môže sa pridať, ak sa vyvíja z niekoľkých vaječníkov, napríklad z jahôd.

Sexuálna reprodukcia v baktériách

Baktérie sú známe predovšetkým svojou schopnosťou asexuálnej reprodukcie.

V tejto prokaryotickej línii je jednotlivec schopný rozdeliť sa na dve časti procesom nazývaným binárne štiepenie. V baktériách však existuje celý rad mechanizmov, ktoré pripomínajú sexuálnu reprodukciu, pretože dochádza k výmene genetického materiálu.

Až do polovice 40. rokov 20. storočia sa predpokladalo, že baktérie sa reprodukujú výlučne asexuálne. Vedci Joshua Lederberg a Edward Tatum však túto vieru vyvrátili dômyselným experimentom, pri ktorom sa ako model použili baktérie E. coli s rôznymi stravovacími požiadavkami.

Pokus pozostával z kmeňa A rastúceho v minimálnom médiu s metionínom a biotínom a kmeňa B, ktorý rástol iba v prostrediach s treonínom, leucínom a tiamínom. Inými slovami, každý kmeň nesie mutáciu, ktorá mu bráni v syntéze týchto zlúčenín, a preto sa museli syntetizovať v kultivačnom médiu.

Keď boli kolónie v kontakte niekoľko hodín, jednotlivci získali schopnosť syntetizovať živiny, ktoré predtým nemohli. Lederberg a Tatum tak preukázali, že prebieha proces výmeny DNA podobný sexuálnej reprodukcii a nazýva sa to konjugácia.

časovanie

Proces konjugácie prebieha cez mostovitú štruktúru nazývanú sexuálna pili, ktorá fyzikálne viaže dve baktérie a umožňuje im vymieňať DNA.

Keďže baktérie nemajú sexuálny dimorfizmus, nemôžeme hovoriť o mužoch a ženách. Avšak iba jeden typ môže produkovať pili a majú špeciálne fragmenty DNA nazývané faktor F pre „plodnosť“. Faktor F obsahuje gény na produkciu pili.

DNA zapojená do výmeny nie je súčasťou jedného bakteriálneho chromozómu. Namiesto toho je to izolovaná kruhová časť nazývaná plazmid, ktorá má svoj vlastný replikačný systém.

premena

Okrem konjugácie existujú ďalšie procesy, pri ktorých baktérie môžu získať extra DNA a vyznačujú sa tým, že sú jednoduchšie ako konjugácia. Jednou z nich je transformácia, ktorá spočíva v odobratí nahej DNA z vonkajšieho prostredia. Tento exogénny fragment DNA sa môže integrovať do bakteriálneho chromozómu.

Transformačný mechanizmus vstupuje do koncepcie sexuálnej reprodukcie. Hoci baktérie odobrali voľnú DNA, tento genetický materiál musel pochádzať z iného organizmu - napríklad z baktérie, ktorá uhynula a uvoľnila svoju DNA do životného prostredia.

transdukcia

Tretím a posledným známym mechanizmom na získanie cudzej DNA v baktériách je transdukcia. Z toho vyplýva účasť vírusu, ktorý infikuje baktérie: bakteriofágy.

Pri transdukcii vírus vezme časť bakteriálnej DNA a keď infikuje baktériu, môže tento fragment preniesť do nej rozdiel. Niektorí autori používajú termín „parazexuálne udalosti“ na označenie týchto troch mechanizmov.

Evolučná perspektíva

Všadeprítomnosť sexuálnej reprodukcie v organizmoch je pozoruhodným faktom. Jednou z najväčších otázok v evolučnej biológii je, prečo sa sex šíri na mnohých líniách, ak je to energeticky nákladná činnosť - av niektorých prípadoch dokonca nebezpečná.

Existuje podozrenie, že selektívne sily, ktoré vyvolali sexuálnu reprodukciu v eukaryotoch, sú tie isté, ktoré udržiavajú parasexuálne procesy opísané pre baktérie.

Náklady na sex

Vo svetle evolúcie sa výrazom „úspech“ rozumie schopnosť jednotlivca preniesť svoje gény na ďalšiu generáciu. Sex je paradoxne proces, ktorý túto definíciu úplne nespĺňa, pretože s reprodukciou súvisí celý rad nákladov.

Sexuálna reprodukcia zahŕňa nájdenie partnera a vo väčšine prípadov nie je táto úloha triviálna. Do tohto úsilia, ktoré rozhodne o úspechu potomstva, sa musí investovať obrovské množstvo času a energie, pokiaľ ide o nájdenie „ideálneho partnera“.

Zvieratá vystavujú sériu rituálov, aby prekvapili svojich potenciálnych kamarátov a v niektorých prípadoch musia bojovať, aby odhalili svoj vlastný život, aby dosiahli párenie.

Dokonca aj na bunkovej úrovni je sex drahý, pretože delenie meiózou trvá omnoho dlhšie ako mitóza. Prečo sa teda väčšina eukaryotov reprodukuje sexuálne?

Existujú dve základné teórie. Jedna sa týka bunkovej fúzie ako mechanizmu horizontálneho prenosu „sebeckého“ genetického prvku, zatiaľ čo druhá teória navrhuje rekombináciu ako mechanizmus opravy DNA. Nižšie popíšeme výhody a nevýhody každej teórie:

Sexuálne výhody

Na zodpovedanie tejto otázky sa musíme zamerať na možné výhody sexuálnej reprodukcie v prvých eukaryotoch.

Fúzia gamét za vzniku zygoty vedie ku kombinácii dvoch rôznych genómov, ktoré sú schopné kompenzovať možné defektné gény v jednom genóme s normálnou kópiou druhého.

Napríklad u ľudí zdedíme jednu kópiu od každého rodiča. Ak dedíme defektný gén od našej matky, normálny gén od nášho otca to môže kompenzovať (v takom prípade, že patológia alebo choroba sa prejavuje iba ako homozygotná recesívna).

Druhá teória - nie intuitívna ako prvá - navrhuje, aby meióza pôsobila ako opravný mechanizmus v DNA. Poškodenie genetického materiálu je problém, ktorému musia čeliť všetky organizmy. Existujú však organizmy, ktoré sa rozmnožujú iba asexuálne a ich DNA nie je zvlášť poškodená.

Ďalšia hypotéza uvádza, že sex sa mohol vyvinúť ako parazitická adaptácia medzi sebeckými genetickými prvkami, aby sa mohol distribuovať do iných genetických línií. Podobný mechanizmus bol preukázaný v E. coli.

Hoci existujú možné vysvetlenia, vývoj pohlavia je predmetom vytrvalej debaty medzi evolučnými biológmi.

Sexuálny výber

Sexuálny výber je koncept zavedený Charlesom Darwinom, ktorý sa vzťahuje iba na pohlavne sa rozmnožujúce populácie. Používa sa na vysvetlenie prítomnosti správania, štruktúr a ďalších atribútov, ktorých existenciu nemožno pochopiť prirodzeným výberom.

Napríklad veľmi farebné a trochu „prehnané“ perie pávov neposkytujú priame výhody pre jednotlivca, pretože ho zviditeľňujú pre potenciálnych predátorov. Okrem toho sa vyskytuje iba u mužov.

Referencie

1. Colegrave, N. (2012). Evolučný úspech sexu: Séria Science & Society o sexe a vede. EMBO Reports, 13 (9), 774-778.
2. Crow, JF (1994). Výhody sexuálnej reprodukcie. Vývojová genetika, 15 (3), 205-213.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evolučná analýza. Prentice Hall.
4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Pôvod eukaryotickej sexuálnej reprodukcie. Perspectives of Biology, Cold Spring Harbor, 6 (3), a016154.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, a Garrison, C. (2001). Integrované princípy zoológie. New York: McGraw-Hill.
6. Leonard, J., a Córdoba-Aguilar, A. (Eds.). (2010). Vývoj primárnych sexuálnych znakov u zvierat. Oxford University Press.
7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Sexuálna reprodukcia u zvierat a rastlín. Springer-Verlag GmbH.