SAMOZAPŁODNIENIE: U ZWIERZĄT, ROŚLIN I PRZYKŁADÓW - BIOLOGIA - 2026

Samo- nawożenie jest zjednoczenie męskich i żeńskich gamet tego samego osobnika. Występuje w organizmach, które są hermafrodytami - istotami, które łączą funkcje męskie i żeńskie w jednym osobniku, sekwencyjnie lub jednocześnie.

Kiedy produkcja gamet obu typów nakłada się w czasie (przynajmniej w czasie), hermafrodyty są równoczesne. Ta modalność daje możliwość samozapłodnienia.

Samozapłodnienie występuje u kilku gatunków roślin.
Źródło: pixabay.com

W organizmach wielokomórkowych, zwłaszcza roślinach i zwierzętach, hermafrodyta wydaje się być zjawiskiem szeroko rozpowszechnionym.

Samozapłodnienie to optymalna strategia dla stałych środowisk o niewielkiej dostępności partnerów. Ma jednak pewne negatywne konsekwencje, takie jak depresja spowodowana pokrewieństwem.

W tym zjawisku zmniejsza się zmienność genetyczna populacji, co zmniejsza jej zdolność adaptacji do zmian środowiskowych, odporność na patogeny czy roślinożerców. Wydaje się, że aspekty te są ważne dla linii roślin i zwierząt.

W roślinach

W roślinach często ten sam osobnik jest „ojcem i matką” ich nasion. Chociaż główną rolą kwiatów jest - najprawdopodobniej - promowanie zapłodnienia krzyżowego, samozapłodnienie może występować u gatunków hermafrodyty.

Przykładami roślin, w których występuje to zjawisko, są groch (organizm wykorzystany przez Gregora Mendla do wypracowania podstawowych praw dziedziczenia, gdzie samozapłodnienie było kluczowe dla procesu) oraz niektóre rośliny strączkowe.

Na przykład w przypadku kwiatów soi kwiaty mogą się otwierać, aby umożliwić zapylenie krzyżowe przez owady, lub mogą pozostać zamknięte i samozapylać.

U zwierząt

Według Jarne i wsp. (2006) z wyłączeniem owadów u około jednej trzeciej gatunków zwierząt występuje zjawisko hermafrodytyzmu. Fakt ten ułatwił ewolucję samozapłodnienia wielu gatunków zwierząt.

Rozkład szybkości samozapylenia jest podobny do rozkładu u roślin, co sugeruje, że podobne procesy zachodziły w obu liniach na korzyść ewolucji samozapylenia.

W przypadku Jarne i wsp. (2006) hermafrodytyzm występuje rzadko w gromadach większych zwierząt, głównie stawonogów. Jest to powszechne zjawisko w mniejszych gromadach, w tym w gąbkach morskich, meduzach, płazińcach, mięczakach, tryskaczach i pierścienicach.

Autorzy ci stwierdzili, że zdarzenie samozapłodnienia występuje w taksonach, w których gamety (zarówno męskie, jak i żeńskie) są wytwarzane w jednym miejscu lub w jednym gruczole, jak ma to miejsce w przypadku ślimaków płucnych.

Może również wystąpić w sytuacjach, gdy gamety są produkowane w różnych miejscach lub gdy są wyrzucane do wody, jak to ma miejsce u gatunków morskich.

W niektórych przywr i skąposzczetów samozapalenie następuje po koniecznej kopulacji u tego samego osobnika.

Zalety samozapłodnienia

Krótkoterminowe samozapłodnienie ma pewne zalety. Po pierwsze, zarówno żeńskie, jak i męskie gamety pochodzą od tego samego rodzica.

W ten sposób organizmy odnoszą dodatkowe 50% korzyści z przekazywania ich genów - w porównaniu z typowym tylko 50% udziałem rozmnażania płciowego, ponieważ pozostałe 50% odpowiada udziałowi partnera seksualnego.

Samozapłodnienie może być również korzystne, gdy region zasiedlony przez dany gatunek charakteryzuje się małą liczbą potencjalnych partnerów lub, w przypadku roślin, na obszarach o małej dostępności zapylaczy.

Ponadto u gatunków roślin samozapylenie prowadziłoby do oszczędności energii, ponieważ kwiaty tych roślin mogą być małe (nie muszą już być duże i widoczne, aby przyciągać zapylacze) z ograniczoną ilością pyłku.

W ten sposób samozapłodnienie zapewnia rozmnażanie i zwiększa kolonizację obszaru. Najbardziej akceptowana hipoteza ekologiczna wyjaśniająca ewolucję samozapłodnienia dotyczy zagwarantowania reprodukcji.

Wady samozapylenia

Główną wadą samozaparcia jest depresja wsobna. Zjawisko to implikuje obniżenie sprawności lub biologicznego nastawienia pokrewnego potomstwa w stosunku do krzyżowanego potomstwa.

Z tego powodu istnieją gatunki, które chociaż są hermafrodytami, mają mechanizmy zapobiegające samozapłodnieniu. Główne mechanizmy zostaną omówione w następnej sekcji.

Obecny pogląd na ewolucję samozapłodnienia obejmuje siły ekologiczne i ewolucyjne. Z perspektywy Fishera zakłada się interakcję między oczywistymi zaletami samozapłodnienia a depresją wynikającą z pokrewieństwa.

Model ten przewiduje powstawanie samozapłodnienia lub czystych krzyżyków w wyniku selekcji destrukcyjnej (kiedy faworyzowane są skrajności cechy), co nie sprzyja zwiększeniu częstości wariantów pośrednich.

W ten sposób modele proponują ewolucję tego systemu jako wzajemne oddziaływanie jego zalet i wad.

Ze swojej strony modele ekologiczne proponują pośrednie wskaźniki samozapłodnienia.

Mechanizmy uniemożliwiające samozapłodnienie roślin

Powszechnie wiadomo, że rozmnażanie płciowe zapewnia ogromne korzyści. Płeć zwiększa różnorodność genetyczną potomków, co przekłada się na większe prawdopodobieństwo, że następcy mogą stawić czoła większym wyzwaniom, takim jak m.in. zmiany środowiskowe, organizmy chorobotwórcze.

W przeciwieństwie do samozapłodnienia występuje w niektórych roślinach uprawnych i zwierzętach. Sugeruje się, że proces ten zapewnia pełny rozwój nowego osobnika i jest również realną strategią - chociaż zależy to od gatunku i warunków środowiskowych.

Stwierdzono, że u różnych roślin okrytozalążkowych istnieją mechanizmy, które zapobiegają samozapłodnieniu u organizmów hermafrodytycznych, co w różny sposób komplikuje możliwość zapłodnienia się kwiatu.

Te bariery zwiększają różnorodność genetyczną populacji, ponieważ starają się zapewnić, że gamety żeńskie i męskie pochodzą od różnych rodziców.

Rośliny o kwiatach z funkcjonalnymi pręcikami i owocolistkami unikają samozaparcia z powodu rozbieżności w czasie dojrzewania struktur. Inną metodą jest układ strukturalny, który zapobiega przenoszeniu pyłku.

Najczęstszym mechanizmem jest samozgodność. W tym przypadku rośliny mają tendencję do odrzucania własnego pyłku.

Bibliografia

1. Jarne, P. i Auld, JR (2006). Zwierzęta też to mieszają: rozkład samozapłodnienia wśród zwierząt hermafrodytycznych. Evolution, 60 (9), 1816-1824.
2. Jiménez-Durán, K. i Cruz-García, F. (2011). Niekompatybilność płciowa, mechanizm genetyczny, który zapobiega samozapłodnieniu i przyczynia się do różnorodności roślin. Mexican Fitotecnia Magazine, 34 (1), 1-9.
3. Lande, R. i Schemske, DW (1985). Ewolucja samozapłodnienia i depresji wsobnej u roślin. I. Modele genetyczne. Ewolucja, 39 (1), 24-40.
4. Schärer, L., Janicke, T. i Ramm, SA (2015). Konflikt seksualny u hermafrodyt. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, 7 (1), a017673.
5. Slotte, T., Hazzouri, KM, Ågren, JA, Koenig, D., Maumus, F., Guo, YL,… & Wang, W. (2013). Genom Capsella różella i genomowe konsekwencje szybkiej ewolucji systemu kojarzenia się. Nature genetics, 45 (7), 831.
6. Wright, SI, Kalisz, S. i Slotte, T. (2013). Ewolucyjne konsekwencje samozapłodnienia roślin. Obrady. Nauki biologiczne, 280 (1760), 20130133.