ROZMNAŻANIE BEZPŁCIOWE: CECHY I TYPY - BIOLOGIA - 2024

Bezpłciowy reprodukcji jest określony jako iloczyn jednostka zdolny do powodowania nasion bez zapłodnienia. Dlatego organizmy potomne składają się z klonów rodzica.

Przyjmuje się, że dzieci urodzone w wyniku bezpłciowych zdarzeń reprodukcyjnych są identycznymi kopiami swoich rodziców. Należy jednak pamiętać, że kopia materiału genetycznego podlega zmianom zwanym „mutacjami”.

Źródło: pixabay.com

Rozmnażanie bezpłciowe dominuje w organizmach jednokomórkowych, takich jak bakterie i protisty. W większości przypadków z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne, w zdarzeniu zwanym rozszczepieniem binarnym.

Chociaż zwierzęta są zwykle kojarzone z rozmnażaniem płciowym, a rośliny z rozmnażaniem bezpłciowym, jest to związek niewłaściwy iw obu liniach znajdujemy dwa podstawowe modele rozmnażania.

Istnieją różne mechanizmy, dzięki którym organizm może rozmnażać się bezpłciowo. U zwierząt główne typy to fragmentacja, pączkowanie i partenogeneza.

W przypadku roślin rozmnażanie bezpłciowe charakteryzuje się ogromną różnorodnością, gdyż organizmy te charakteryzują się dużą plastycznością. Mogą rozmnażać się przez sadzonki, kłącza, sadzonki, a nawet przez części liści i korzeni.

Rozmnażanie bezpłciowe ma wiele zalet. Jest szybki i skuteczny, umożliwiając kolonizację środowisk w stosunkowo krótkim czasie. Ponadto nie musisz tracić czasu i energii na walkę o partnerów seksualnych lub złożone i wyszukane tańce zalotów.

Jednak jego główną wadą jest brak zmienności genetycznej, która jest warunkiem sine qua non działania mechanizmów odpowiedzialnych za ewolucję biologiczną.

Brak zmienności gatunku może doprowadzić do jego wyginięcia, jeśli będą musiały stawić czoła niekorzystnym warunkom, czy to szkodnikom, czy ekstremalnym klimatom. Dlatego rozmnażanie bezpłciowe jest rozumiane jako alternatywna adaptacja w odpowiedzi na warunki, które wymagają jednolitych populacji.

Charakterystyka ogólna

Rozmnażanie płciowe ma miejsce, gdy jednostka wytwarza nowe organizmy ze struktur somatycznych. Potomstwo jest genetycznie identyczne z rodzicem we wszystkich aspektach genomu, z wyjątkiem regionów, w których doszło do mutacji somatycznych.

W odniesieniu do produkcji nowych osobników z tkanki lub komórek somatycznych stosuje się różne terminy. W literaturze rozmnażanie płciowe jest synonimem rozmnażania klonalnego.

W przypadku zwierząt często używa się terminu rozmnażanie agamiczne (z angielskiego rozmnażanie agametyczne), podczas gdy w przypadku roślin często używa się określenia rozmnażanie wegetatywne.

Ogromna liczba organizmów rozmnaża się przez całe życie poprzez rozmnażanie płciowe. W zależności od grupy i warunków środowiskowych organizm może rozmnażać się wyłącznie bezpłciowo lub na przemian z rozmnażaniem płciowym.

Rozmnażanie bezpłciowe u zwierząt (typy)

U zwierząt potomstwo może pochodzić od jednego rodzica w wyniku podziałów mitotycznych (rozmnażanie bezpłciowe) lub może nastąpić poprzez zapłodnienie dwóch gamet od dwóch różnych osobników (rozmnażanie płciowe).

Różne grupy zwierząt mogą rozmnażać się bezpłciowo, głównie grupy bezkręgowców. Najważniejsze typy rozmnażania bezpłciowego u zwierząt to:

Pączkowanie

Pączkowanie polega na tworzeniu się wybrzuszenia lub wydzieliny u rodzica. Ta struktura nazywa się żółtkiem i da początek nowemu organizmowi.

Proces ten zachodzi u niektórych parzydeł (meduz i pokrewnych) i osłonic, w których potomstwo może być wytwarzane przez wypukłości na ciele rodziców. Jednostka może dorosnąć i stać się niezależna lub przywiązać się do swojego rodzica, tworząc kolonię.

Istnieją kolonie parzydełkowców, słynnych koralowców skalnych, które mogą rozciągać się na ponad metr. Struktury te składają się z jednostek utworzonych przez pączkujące wydarzenia, których gemmule pozostały połączone. Hydry są znane ze swojej zdolności do rozmnażania się bezpłciowo poprzez pączkowanie.

W przypadku poriferów (gąbek) pączkowanie jest dość powszechnym sposobem rozmnażania. Gąbki mogą tworzyć gemmule, aby wytrzymać niekorzystne warunki środowiskowe. Jednak gąbki wykazują również rozmnażanie płciowe.

Podział

Zwierzęta mogą dzielić swoje ciała w procesie fragmentacji, w którym z kawałka może powstać nowy osobnik. Procesowi temu towarzyszy regeneracja, w której komórki pierwotnej części rodzicielskiej dzielą się, tworząc całe ciało.

Zjawisko to występuje w różnych liniach bezkręgowców, takich jak gąbki, parzydełkowce, pierścienice, wieloszczety i osłonice.

Procesów regeneracji jako takich nie należy mylić ze zdarzeniami reprodukcji bezpłciowej. Na przykład gąbki, gdy zgubią jedno z ramion, mogą zregenerować nowe. Nie oznacza to jednak rozmnażania, ponieważ nie prowadzi do wzrostu liczby osobników.

W przypadku rozgwiazd z rodzaju Linckia możliwe jest, że nowy osobnik pochodzi z ramienia. Tak więc organizm z pięcioma ramionami może dać początek pięciu nowym osobnikom.

Planarianie (turbellarians) to organizmy robakowate zdolne do rozmnażania się zarówno płciowego, jak i bezpłciowego. Powszechnym doświadczeniem w laboratoriach biologicznych jest fragmentacja planarian, aby obserwować, jak nowy organizm regeneruje się z każdego kawałka.

Partenogeneza u bezkręgowców

W niektórych grupach bezkręgowców, takich jak owady i skorupiaki, komórka jajowa jest zdolna do rozwoju całego osobnika, bez konieczności zapłodnienia przez plemnik. Zjawisko to nazywa się partenogenezą i jest szeroko rozpowszechnione u zwierząt.

Najbardziej wyraźnym przykładem są błonkoskrzydłe, a konkretnie pszczoły. Te owady mogą dać początek samcom, zwanym trutniami, poprzez partenogenezę. Ponieważ osobniki pochodzą z niezapłodnionego jaja, są haploidalne (mają tylko połowę ładunku genetycznego).

Mszyce - inna grupa owadów - mogą dać początek nowym osobnikom w procesie partenogenezy lub rozmnażania płciowego.

W skorupiakach Daphnia samica produkuje różne rodzaje jaj w zależności od warunków środowiskowych. Jaja można zapłodnić i dać początek diploidalnemu osobnikowi lub rozwinąć się w wyniku partenogenezy. Pierwszy przypadek związany jest z niekorzystnymi warunkami środowiskowymi, podczas gdy partenogeneza zachodzi w środowiskach prosperujących

W laboratorium partenogenezę można wywołać poprzez zastosowanie środków chemicznych lub bodźców fizycznych. U niektórych szkarłupni i płazów proces ten został przeprowadzony pomyślnie i jest nazywany eksperymentalną partenogenezą. W ten sam sposób istnieje bakteria z rodzaju Wolbachia zdolna do indukowania tego procesu.

Partenogeneza u kręgowców

Zjawisko partenogenezy rozciąga się na rodowód kręgowców. U różnych rodzajów ryb, płazów i gadów zachodzi bardziej złożona forma tego procesu, polegająca na duplikacji zestawu chromosomów, prowadzącej do diploidalnych zygot bez udziału samca gamety.

Około 15 gatunków jaszczurek jest znanych ze swojej wyjątkowej zdolności do rozmnażania się poprzez partenogenezę.

Chociaż te gady nie potrzebują bezpośrednio partnera do poczęcia (w rzeczywistości gatunkom tym brakuje samców), wymagają one bodźców seksualnych z fałszywych kopulacji i zalotów z innymi osobnikami.

Androgeneza i gynogeneza

W procesie androgenezy jądro z oocytu ulega degeneracji i jest zastępowane przez jądro od ojca poprzez fuzję jądrową z dwóch plemników. Chociaż występuje u niektórych gatunków zwierząt, takich jak na przykład owady patyczkowe, nie jest uważane za powszechny proces w tym królestwie.

Z drugiej strony ginogeneza polega na wytwarzaniu nowych organizmów przez diploidalne oocyty (żeńskie komórki płciowe), które nie uległy podziałowi swojego materiału genetycznego przez mejozę.

Pamiętaj, że nasze komórki płciowe mają tylko połowę chromosomów, a po zapłodnieniu przywracana jest liczba chromosomów.

Aby nastąpiła gynogeneza, konieczna jest stymulacja ze strony spermy samca. Produktem potomstwa gynogenezy są samice identyczne z matkami. Ta ścieżka jest również znana jako pseudogamia.

Rozmnażanie bezpłciowe u roślin (typy)

W roślinach występuje szerokie spektrum sposobów rozmnażania. Są to organizmy wysoce plastyczne i nierzadko można znaleźć rośliny, które mogą rozmnażać się płciowo i bezpłciowo.

Jednak stwierdzono, że wiele gatunków preferuje bezpłciową drogę rozmnażania, mimo że ich przodkowie robili to seksualnie.

W przypadku rozmnażania bezpłciowego rośliny mogą generować potomstwo na różne sposoby, począwszy od rozwoju niezapłodnionej komórki jajowej, aż po uzyskanie całego organizmu przez fragment rodzica.

Podobnie jak w przypadku zwierząt, rozmnażanie płciowe odbywa się poprzez zdarzenia podziału komórek przez mitozę, w wyniku których powstają identyczne komórki. Poniżej omówimy najważniejsze rodzaje rozmnażania wegetatywnego:

Stolony

Niektóre rośliny są zdolne do rozmnażania się na smukłych, wydłużonych łodygach, które powstają wzdłuż powierzchni gleby. Struktury te znane są jako rozłogi i generują korzenie w odstępach czasu. Korzenie mogą generować wyprostowane łodygi, które ostatecznie przekształcą się w niezależne osobniki.

Znakomitym przykładem są truskawki lub truskawki (Fragaria ananassa), które są zdolne do wytwarzania różnych struktur, w tym liści, korzeni i łodyg każdego węzła rozłogu.

Kłącza

Zarówno w przypadku rozłogów, jak i kłączy, pąki pachowe roślin mogą generować wyspecjalizowane pędy do rozmnażania bezpłciowego. Roślina mateczna stanowi rezerwowe źródło pędów.

Kłącza to nieskończenie rosnące łodygi, które rosną pod ziemią - lub nad ziemią - poziomo. Podobnie jak rozłogi, wytwarzają korzenie przybyszowe, które spowodują powstanie nowej rośliny identycznej z matką.

Ten typ rozmnażania wegetatywnego jest ważny w grupie traw (gdzie kłącza prowadzą do powstania pąków dających łodygi z liśćmi i kwiatami), bylin ozdobnych, pastwisk, trzcin i bambusów.

Sadzonki

Sadzonki to kawałki lub kawałki łodygi, z której pochodzi nowa roślina. Aby doszło do tego zdarzenia, łodygę należy zakopać w ziemi, aby uniknąć wysuszenia, i można ją leczyć hormonami, które stymulują wzrost korzeni przybyszowych.

W innych przypadkach kawałek łodygi umieszcza się w wodzie, aby stymulować tworzenie korzeni. Po przeniesieniu do odpowiedniego środowiska może się rozwinąć nowy osobnik.

Przeszczepy

Rośliny mogą rozmnażać się, wkładając pączek do wcześniej wykonanej szczeliny w łodydze zdrewniałej rośliny, która ma korzenie.

Kiedy zabieg się powiedzie, rana zostaje zamknięta, a łodyga jest żywotna. Potocznie mówi się, że roślina „złapała”.

Liście i korzenie

Istnieje kilka gatunków, w których liście można wykorzystać jako struktury do rozmnażania wegetatywnego. Gatunek popularnie zwany „rośliną macierzyńską” (Kalanchoe daigremontiana) może wytwarzać rośliny oddzielone od tkanki merystematycznej znajdującej się na krawędzi ich liści.

Te małe rośliny przyczepiają się do liści, dopóki nie osiągną wystarczającej dojrzałości, aby oddzielić się od matki. Kiedy roślina potomna spada na ziemię, zapuszcza korzenie.

W wiśniach, jabłkach i malinach rozmnażanie może odbywać się przez korzenie. Te podziemne struktury wytwarzają pędy zdolne do zapłodnienia nowych osobników.

Istnieją skrajne przypadki, takie jak mniszek lekarski. Jeśli ktoś spróbuje wyrwać roślinę z ziemi i pofragmentować jej korzenie, każdy kawałek może dać początek nowej roślinie.

Sporulacja

Zarodnikowanie występuje w wielu organizmach roślinnych, w tym w mchach i paprociach. Proces polega na tworzeniu znacznej liczby zarodników, które są w stanie wytrzymać niekorzystne warunki środowiskowe.

Zarodniki to małe elementy, które są łatwo rozpraszane przez zwierzęta lub przez wiatr. Gdy osiągną korzystną strefę, zarodnik rozwija się u osobnika równego temu, który go zapoczątkował.

Propagules

Propagule to nagromadzenie komórek, typowe dla mszaków i paproci, ale można je również znaleźć w niektórych roślinach wyższych, takich jak bulwy i trawy. Struktury te pochodzą z plechy i są małymi pąkami z możliwością rozprzestrzeniania się.

Partenogeneza i apomiksis

W botanice jest również często stosowany w określeniu partenogeneza. Chociaż jest używany w węższym sensie do opisania zdarzenia „apomiksji gametofitycznej”. W tym przypadku sporofit (nasiono) jest wytwarzany przez komórkę zalążka, która nie ulega redukcji.

Apoksymiza występuje u około 400 gatunków roślin okrytozalążkowych, podczas gdy inne rośliny mogą to robić fakultatywnie. Zatem partenogeneza opisuje tylko część rozmnażania bezpłciowego u roślin. Dlatego sugeruje się unikanie stosowania tego terminu w odniesieniu do roślin.

Niektórzy autorzy (patrz De Meeûs et al. 2007) mają tendencję do oddzielania apomiksisa od rozmnażania wegetatywnego. Ponadto klasyfikują apomiksis jako już opisany gametofit, pochodzący ze sporofitu, w którym zarodek rozwija się z komórki jądrowej lub innej tkanki somatycznej jajnika, która nie przechodzi fazy gametofitycznej.

Zalety rozmnażania bezpłciowego u roślin

Ogólnie rzecz biorąc, rozmnażanie bezpłciowe pozwala roślinie rozmnażać się w identycznych egzemplarzach, które są dobrze przystosowane do tego konkretnego środowiska.

Co więcej, rozmnażanie bezpłciowe u srebra jest mechanizmem szybkim i wydajnym. Z tego powodu jest stosowany jako strategia, gdy organizm znajduje się na obszarach, w których środowiska nie są zbyt odpowiednie do rozmnażania przez nasiona.

Na przykład rośliny znajdujące się w suchych środowiskach Patagonii, takie jak kosmówki, rozmnażają się w ten sposób, zajmując duże obszary gleby.

Z drugiej strony rolnicy najbardziej wykorzystali ten rodzaj rozmnażania. Mogą wybrać odmianę i rozmnażać ją bezpłciowo w celu uzyskania klonów. W ten sposób uzyskają jednorodność genetyczną i pozwolą im zachować pewne pożądane cechy.

Rozmnażanie bezpłciowe w mikroorganizmach (typy)

Rozmnażanie bezpłciowe jest bardzo powszechne w organizmach jednokomórkowych. W liniach prokariotycznych, na przykład bakterii, najbardziej widoczne są rozszczepienie binarne, pączkowanie, fragmentacja i rozszczepienie wielokrotne. Z drugiej strony u jednokomórkowych organizmów eukariotycznych występuje podział binarny i sporulacja.

Rozszczepienie binarne u bakterii

Rozszczepienie binarne to proces podziału materiału genetycznego, po którym następuje sprawiedliwy podział wnętrza komórki w celu uzyskania dwóch organizmów identycznych z rodzicem i identycznych względem siebie.

Rozszczepienie binarne rozpoczyna się, gdy bakterie znajdują się w środowisku, w którym jest wystarczająca ilość składników odżywczych, a środowisko sprzyja rozmnażaniu. Komórka doświadcza wówczas niewielkiego wydłużenia.

Później rozpoczyna się replikacja materiału genetycznego. W bakteriach DNA jest zorganizowane na okrągłym chromosomie i nie jest ograniczone błoną, tak jak widoczne i charakterystyczne jądro u eukariotów.

W okresie podziału materiał genetyczny jest rozprowadzany po przeciwnych stronach dzielącej się komórki. W tym momencie rozpoczyna się synteza polisacharydów tworzących ścianę bakteryjną, następnie następuje tworzenie się przegrody pośrodku, a komórka ostatecznie całkowicie się rozdziela.

W niektórych przypadkach bakterie mogą zacząć dzielić i powielać swój materiał genetyczny. Jednak komórki nigdy się nie rozdzielają. Przykładami tego są skupiska ziarniaków, takie jak diplokoki.

Rozszczepienie binarne u eukariontów

U jednokomórkowych eukariontów, takich jak na przykład Trypanosoma, występuje podobny typ rozmnażania: z jednej komórki powstają dwie komórki potomne o podobnej wielkości.

Ze względu na obecność prawdziwego jądra komórkowego proces ten staje się bardziej złożony i skomplikowany. Aby jądro podzieliło się, musi nastąpić proces mitozy, a następnie cytokineza, która obejmuje podział cytoplazmy.

Wielokrotne rozszczepienie

Chociaż rozszczepienie binarne jest najczęstszą modalnością reprodukcyjną, niektóre gatunki, takie jak Bdellovibrio ¸, są zdolne do doświadczania wielu podziałów. Wynikiem tego procesu jest wiele komórek potomnych, a nie już dwie, jak wspomniano w rozszczepieniu binarnym.

Pączkowanie

Jest to proces podobny do opisanego w przypadku zwierząt, ale ekstrapolowany do pojedynczej komórki. Pączkowanie bakterii zaczyna się od małego pąka, który różni się od komórki macierzystej. To wybrzuszenie podlega procesowi wzrostu, aż stopniowo oddziela się od bakterii, które je zapoczątkowały.

Pączkowanie powoduje nierównomierne rozmieszczenie materiału zawartego w komórce.

Podział

Generalnie bakterie nitkowate (na przykład Nicardia sp.) Mogą rozmnażać się tą drogą. Komórki włókna oddzielają się i zaczynają rosnąć jako nowe komórki.

Sporulacja

Sporulacja polega na wytwarzaniu struktur zwanych zarodnikami. Są to wysoce odporne struktury zbudowane z komórki.

Proces ten jest związany z warunkami środowiskowymi otaczającymi organizm, na ogół gdy stają się one niekorzystne z powodu braku składników odżywczych lub ekstremalnego klimatu, następuje zarodnikowanie.

Różnice między rozmnażaniem płciowym i bezpłciowym

U osobników rozmnażających się bezpłciowo potomstwo składa się z praktycznie identycznych kopii swoich rodziców, czyli klonów. Genom jedynego rodzica jest kopiowany przez podziały komórek mitotycznych, w których DNA jest kopiowane i przekazywane w równych częściach do dwóch komórek potomnych.

W przeciwieństwie do tego, aby doszło do rozmnażania płciowego, muszą w nim uczestniczyć dwie osobniki płci przeciwnej, z wyjątkiem hermafrodyt.

Każdy z rodziców będzie nosił gamety lub komórki rozrodcze wygenerowane przez zdarzenia mejotyczne. Potomstwo składa się z unikalnych kombinacji między obojgiem rodziców. Innymi słowy, istnieje niezwykła zmienność genetyczna.

Aby zrozumieć duże zróżnicowanie w rozmnażaniu płciowym, musimy skupić się na chromosomach podczas podziału. Struktury te są zdolne do wymiany fragmentów między sobą, co prowadzi do unikalnych kombinacji. Dlatego, gdy obserwujemy rodzeństwo od tych samych rodziców, nie są one identyczne.

Zalety rozmnażania bezpłciowego i płciowego

Rozmnażanie bezpłciowe ma kilka zalet w stosunku do rozmnażania płciowego. Po pierwsze, nie marnuje się czasu i energii na skomplikowane tańce zalotów lub walki o samicę, typowe dla niektórych gatunków, ponieważ potrzebny jest tylko jeden rodzic.

Po drugie, wiele osób rozmnażających się płciowo zużywa dużo energii na produkcję gamet, które nigdy nie są zapłodnione. Pozwala to szybko i efektywnie kolonizować nowe środowiska bez konieczności szukania partnera.

Teoretycznie, wspomniane powyżej modele rozmnażania bezpłciowego dają więcej korzyści - w porównaniu do płciowych - osobom żyjącym w stabilnym środowisku, ponieważ mogą one precyzyjnie utrwalać swoje genotypy.

Bibliografia

1. Campbell, NA (2001). Biologia: pojęcia i relacje. Edukacja Pearson.
2. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie na biologię. Panamerican Medical Ed.
3. De Meeûs, T., Prugnolle, F. i Agnew, P. (2007). Rozmnażanie bezpłciowe: genetyka i aspekty ewolucyjne. Cellular and Molecular Life Sciences, 64 (11), 1355-1372.
4. Engelkirk, PG, Duben-Engelkirk, JL i Burton, GRW (2011). Mikrobiologia Burtona dla nauk o zdrowiu. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Patil, U., Kulkarni, JS i Chincholkar, SB (2008). Podstawy mikrobiologii. Nirali Prakashan, Pune.
6. Raven, PH, Evert, RF i Eichhorn, SE (1992). Biologia roślin (tom 2). Odwróciłem się.
7. Tabata, J., Ichiki, RT, Tanaka, H. i Kageyama, D. (2016). Rozmnażanie płciowe a bezpłciowe: Wyraźne skutki względnej liczebności Wełnowców Partenogenetycznych po Ostatniej Kolonizacji. PLoS ONE, 11 (6), e0156587.
8. Yuan, Z. (2018). Konwersja energii drobnoustrojów. Walter de Gruyter GmbH & Co KG.