Sexuell fortplantning
Sexuell reproduktion är en typ av reproduktion som involverar en komplex livscykel där en könscell ( haploida reproduktionsceller, såsom en spermie eller äggcell ) med en enda uppsättning kromosomer kombineras med en annan könscell för att producera en zygot som utvecklas till en organism som består av av celler med två uppsättningar kromosomer ( diploida ). Detta är typiskt hos djur, även om antalet kromosomuppsättningar och hur antalet förändringar i sexuell reproduktion varierar, särskilt bland växter, svampar och andra eukaryoter .
Sexuell reproduktion är den vanligaste livscykeln hos flercelliga eukaryoter, såsom djur , svampar och växter . Sexuell fortplantning förekommer även hos vissa encelliga eukaryoter. Sexuell reproduktion förekommer inte hos prokaryoter , encelliga organismer utan cellkärnor , såsom bakterier och arkéer . Emellertid kan en viss process i bakterier anses vara analog med sexuell reproduktion genom att de införlivar ny genetisk information, inklusive bakteriell konjugering , transformation och transduktion . Vissa proteiner och andra egenskaper som är nyckeln till sexuell reproduktion kan ha uppstått i bakterier, men sexuell reproduktion tros ha utvecklats i en gammal eukaryot förfader.
Vid produktionen av könsceller i eukaryoter delar sig diploida prekursorceller för att producera haploida celler i en process som kallas meios . Vid meios replikeras DNA för att producera totalt fyra kopior av varje kromosom. Detta följs av två celldelningar för att generera haploida gameter. Efter att DNA:t replikeras i meios, parar de homologa kromosomerna ihop sig så att deras DNA- sekvenser är i linje med varandra. Under denna period före celldelning utbyts genetisk information mellan homologa kromosomer i en process som kallas genetisk rekombination . Homologa kromosomer innehåller mycket liknande men inte identisk information, och genom att utbyta dessa liknande men inte identiska regioner ökar genetisk rekombination den genetiska mångfalden bland kommande generationer.
Gameter kan lagras i föräldrarnas könskörtlar för senare sexuell fortplantning, vilket innebär kombinationen av könsceller. Under sexuell reproduktion kombineras två haploida könsceller till en diploid cell känd som en zygot i en process som kallas befruktning . Kärnorna från könscellerna smälter samman och varje könscell bidrar med hälften av zygotens genetiska material. Multipelcelldelningar genom mitos (utan förändring av antalet kromosomer) utvecklas sedan till en flercellig diploid fas eller generation.
I mänsklig reproduktion innehåller varje diploid cell 46 kromosomer eller 23 kromosompar. Meios i föräldrarnas gonader producerar könsceller som var och en endast innehåller 23 kromosomer som var genetiskt rekombinerade i varje könscell. När könscellernas kärnor kommer samman för att bilda ett befruktat ägg eller zygot, kommer varje cell av den resulterande avkomman att ha 23 kromosomer från varje förälder, eller 46 totalt.
producerar den diploida fasen, känd som sporofyten , sporer genom meios. Dessa sporer gror sedan och delar sig genom mitos för att bilda en haploid flercellig fas, gametofyten, som producerar könsceller direkt genom mitos. Denna typ av livscykel, som involverar växling mellan två flercelliga faser, den sexuella haploida gametofyten och asexuella diploida sporofyten, är känd som generationsväxling .
Utvecklingen av sexuell fortplantning anses vara paradoxal, eftersom asexuell fortplantning borde kunna överträffa den eftersom varje ung organism som skapas kan bära sina egna ungar. Detta innebär att en asexuell befolkning har en inneboende förmåga att växa snabbare med varje generation. Denna kostnad på 50 % är en konditionsnackdel med sexuell reproduktion. Den dubbla kostnaden för sex inkluderar denna kostnad och det faktum att vilken organism som helst bara kan överföra 50 % av sina egna gener till sin avkomma. Men en klar fördel med sexuell reproduktion är att den ökar den genetiska mångfalden och hindrar ansamlingen av genetiska mutationer .
Sexuellt urval är ett sätt för naturligt urval där vissa individer reproducerar andra av en befolkning eftersom de är bättre på att säkra kompisar för sexuell reproduktion. Det har beskrivits som "en kraftfull evolutionär kraft som inte finns i asexuella populationer".
Evolution
Det första fossiliserade beviset på sexuell reproduktion i eukaryoter är från den stenska perioden, cirka 1,05 miljarder år gammal.
Biologer som studerar evolution föreslår flera förklaringar till utvecklingen av sexuell reproduktion och dess underhåll. Dessa skäl inkluderar att minska sannolikheten för ackumulering av skadliga mutationer, öka anpassningshastigheten till förändrade miljöer , hantera konkurrens , DNA-reparation , maskera skadliga mutationer och minska genetisk variation på genomisk nivå. Alla dessa idéer om varför sexuell reproduktion har bibehållits stöds generellt, men i slutändan avgör befolkningens storlek om sexuell reproduktion är helt fördelaktig. Större populationer tycks reagera snabbare på vissa av fördelarna som erhålls genom sexuell reproduktion än mindre populationsstorlekar.
Upprätthållande av sexuell reproduktion har förklarats av teorier som fungerar på flera nivåer av urval , även om vissa av dessa modeller förblir kontroversiella. [ Redigering behövs ] Men nyare modeller som presenterats under de senaste åren föreslår en grundläggande fördel för sexuell reproduktion i långsamt reproducerande komplexa organismer.
Sexuell fortplantning tillåter dessa arter att uppvisa egenskaper som beror på den specifika miljö som de lever i, och de särskilda överlevnadsstrategier som de använder.
Sexuellt urval
För att kunna fortplanta sig sexuellt måste både hanar och honor hitta en partner . I allmänhet görs valet av kompis hos djur av honor medan hanarna tävlar om att bli valda. Detta kan leda organismer till extrema ansträngningar för att föröka sig, såsom strid och visning, eller producera extrema drag orsakade av en positiv feedback som kallas en Fisherian runaway . Således har sexuell reproduktion, som en form av naturligt urval , en effekt på evolutionen . Sexuell dimorfism är där de grundläggande fenotypiska egenskaperna varierar mellan hanar och honor av samma art . Dimorfism finns i både könsorgan och i sekundära könsegenskaper , kroppsstorlek, fysisk styrka och morfologi, biologisk utsmyckning , beteende och andra kroppsliga egenskaper. Men sexuellt urval är endast underförstått under en längre tidsperiod, vilket leder till sexuell dimorfism.
Djur
Insekter
Insektsarter utgör mer än två tredjedelar av alla levande djurarter. De flesta insektsarter reproducerar sexuellt, även om vissa arter är fakultativt parthenogenetiska . Många insektsarter har sexuell dimorfism , medan i andra ser könen nästan identiska ut. Typiskt har de två kön med hanar som producerar spermier och honor ägg. Äggen utvecklas till ägg som har ett hölje som kallas chorion , som bildas före inre befruktning. Insekter har mycket olika parnings- och reproduktionsstrategier, vilket oftast resulterar i att hanen avsätter spermatoforer inom honan, som hon lagrar tills hon är redo för äggbefruktning. Efter befruktning, och bildandet av en zygot, och varierande grad av utveckling, avsätts äggen hos många arter utanför honan; medan de hos andra utvecklas vidare inom honan och föds levande.
Däggdjur
Det finns tre bevarade sorter av däggdjur: monotremes , placenta och pungdjur , alla med inre befruktning. Hos placenta däggdjur föds avkommor som unga: kompletta djur med könsorganen närvarande även om de inte är reproduktivt funktionella. Efter flera månader eller år, beroende på art, utvecklas könsorganen vidare till mognad och djuret blir könsmoget . De flesta däggdjurshonor är bara fertila under vissa perioder under brunstcykeln , då de är redo att para sig. Enskilda manliga och kvinnliga däggdjur möts och genomför parning . För de flesta däggdjur byter män och kvinnor sexpartners under hela sitt vuxna liv .
Fisk
De allra flesta fiskarter lägger ägg som sedan befruktas av hanen. Vissa arter lägger sina ägg på ett substrat som en sten eller på växter, medan andra sprider sina ägg och äggen befruktas när de driver eller sjunker i vattenpelaren.
Vissa fiskarter använder intern befruktning och sprider sedan de utvecklande äggen eller föder levande avkommor. Fiskar som har levande avkommor inkluderar guppy och mollies eller Poecilia . Fiskar som föder levande ungar kan vara ovoviviparösa , där äggen befruktas inom honan och äggen helt enkelt kläcks i den kvinnliga kroppen, eller hos sjöhästar bär hanen de utvecklande ungar i en påse och föder levande ungar. Fiskar kan också vara viviparösa , där honan ger näring till den internt växande avkomman. Vissa fiskar är hermafroditer , där en enda fisk är både hane och hona och kan producera ägg och spermier. Hos hermafroditiska fiskar är vissa hanar och honor samtidigt medan de hos andra fiskar är seriellt hermafroditiska; börjar som ett kön och byter till det andra. Hos minst en hermafroditisk art sker självbefruktning när ägg och spermier frigörs tillsammans. Intern självbefruktning kan förekomma hos vissa andra arter. En fiskart förökar sig inte genom sexuell reproduktion utan använder kön för att producera avkomma; Poecilia formosa är en unisex-art som använder en form av parthenogenes som kallas gynogenes , där obefruktade ägg utvecklas till embryon som producerar kvinnliga avkommor. Poecilia formosa parar sig med hanar av andra fiskarter som använder inre befruktning, spermierna befruktar inte äggen utan stimulerar tillväxten av äggen som utvecklas till embryon.
Växter
Djur har livscykler med en enda diploid flercellig fas som producerar haploida könsceller direkt genom meios. Manliga könsceller kallas spermier och kvinnliga könsceller kallas ägg eller ägg. Hos djur resulterar befruktning av ägget av en spermie i bildandet av en diploid zygot som utvecklas genom upprepade mitotiska uppdelningar till en diploid vuxen. Växter har två flercelliga livscykelfaser, vilket resulterar i en växling av generationer . Växtzygoter gror och delar sig upprepade gånger genom mitos för att producera en diploid flercellig organism som kallas sporofyten. Den mogna sporofyten producerar haploida sporer genom meios som gror och delar sig genom mitos för att bilda en flercellig gametofytfas som producerar gameter vid mognad. Gametofyterna hos olika växtgrupper varierar i storlek. Mossor och andra pteridofytiska växter kan ha gametofyter som består av flera miljoner celler, medan angiospermer har så få som tre celler i varje pollenkorn.
Blommande växter
Blommande växter är den dominerande växtformen på land och de förökar sig antingen sexuellt eller asexuellt. Ofta är deras mest utmärkande drag deras fortplantningsorgan, vanligtvis kallade blommor. Stavståndaren producerar pollenkorn som innehåller de manliga gametofyterna som producerar spermiekärnor . För att pollinering ska ske måste pollenkorn fästa vid stigmatiseringen av den kvinnliga fortplantningsstrukturen ( carpel ), där de kvinnliga gametofyterna är belägna inom äggstockarna som omsluts av äggstocken . Efter att pollenröret växer genom karpellens stil, könscellskärnorna från pollenkornet in i ägget för att befrukta äggcellen och endospermkärnorna i den kvinnliga gametofyten i en process som kallas dubbelbefruktning . Den resulterande zygoten utvecklas till ett embryo, medan den triploida endospermen (en spermiecell plus två honceller) och kvinnliga vävnader i ägglosset ger upphov till de omgivande vävnaderna i det utvecklande fröet. Äggstocken, som producerade de kvinnliga gametofyterna, växer sedan till en frukt som omger fröet/fröerna. Växter kan antingen självpollinera eller korspollinera .
hittades blommor från kritatiden ( 100 miljoner år tidigare) inkapslade i bärnsten, det äldsta beviset på sexuell reproduktion i en blommande växt. Mikroskopiska bilder visade rör som växte ur pollen och penetrerade blommans stigma. Pollenet var klibbigt, vilket tyder på att det bars av insekter.
Icke-blommande växter som ormbunkar , mossa och levermossar använder andra metoder för sexuell reproduktion.
Ormbunkar
Ormbunkar producerar stora diploida sporofyter med rhizomer , rötter och löv. Fertila blad producerar sporangier som innehåller haploida sporer . Sporerna frigörs och gror för att producera små, tunna gametofyter som vanligtvis är hjärtformade och gröna till färgen. Gametofyten prothalli , producerar rörliga spermier i antheridia och äggceller i archegonia på samma eller olika växter. Efter regn eller när dagg lägger en film av vatten, stänks de rörliga spermierna bort från antheridierna, som normalt produceras på den övre sidan av tallus, och simmar i vattenfilmen till arkegonien där de befruktar ägget. För att främja korsning eller korsbefruktning frigörs spermierna innan äggen är mottagliga för spermierna, vilket gör det mer troligt att spermierna kommer att befrukta äggen från olika tallus. Efter befruktningen bildas en zygot som växer till en ny sporofytisk växt. Villkoret att ha separata sporofyt- och gametofytväxter kallas generationsväxling . Andra växter med liknande livscykler inkluderar Psilotum , Lycopodium och Equisetum .
Bryofyter
Mossarna , som inkluderar levermossar , hornörter och mossor , förökar sig både sexuellt och vegetativt . De är små växter som växer på fuktiga platser och som ormbunkar, har rörliga spermier med flageller och behöver vatten för att underlätta sexuell reproduktion. Dessa växter börjar som en haploid spore som växer till den dominerande gametofytformen, som är en flercellig haploid kropp med lövliknande strukturer som fotosyntetiserar . Haploida könsceller produceras i antheridia (hane) och archegonia (hona) genom mitos. Spermierna som frigörs från antheridierna reagerar på kemikalier som frigörs av mogen arkegoni och simmar till dem i en vattenfilm och befruktar äggcellerna och producerar på så sätt en zygot. Zygoten delar sig genom mitotisk delning och växer till en flercellig, diploid sporofyt . Sporofyten producerar sporkapslar ( sporangia ), som med stjälkar ( setae ) är förbundna med arkegonien. Sporkapslarna producerar sporer genom meios och när de är mogna spricker kapslarna upp för att frigöra sporerna. Bryofyter visar avsevärd variation i sina reproduktiva strukturer och ovanstående är en grundläggande disposition. Också i vissa arter är varje växt ett kön ( dioicous ) medan andra arter producerar båda könen på samma växt ( monoicous ).
Svampar
Svampar klassificeras efter de metoder för sexuell reproduktion de använder. Resultatet av sexuell reproduktion är oftast produktionen av vilande sporer som används för att överleva svåra tider och för att sprida sig. Det finns vanligtvis tre faser i den sexuella reproduktionen av svampar: plasmogami , karyogami och meios . Cytoplasman hos två moderceller smälter samman under plasmogami och kärnorna smälter samman under karyogami. Nya haploida könsceller bildas under meios och utvecklas till sporer. Den adaptiva grunden för upprätthållande av sexuell reproduktion hos svamparna Ascomycota och Basidiomycota ( dikaryon ) granskades av Wallen och Perlin. De drog slutsatsen att det mest rimliga skälet till att bibehålla denna förmåga är fördelen med att reparera DNA-skador , orsakade av en mängd olika påfrestningar, genom rekombination som inträffar under meios .
Bakterier och arkéer
Tre distinkta processer i prokaryoter anses likna det eukaryota könet : bakteriell transformation , som involverar inkorporering av främmande DNA i den bakteriella kromosomen; bakteriell konjugation , som är en överföring av plasmid- DNA mellan bakterier, men plasmiderna inkorporeras sällan i den bakteriella kromosomen; och genöverföring och genetiskt utbyte i archaea .
Bakterietransformation involverar rekombination av genetiskt material och dess funktion är huvudsakligen förknippad med DNA-reparation . Bakterietransformation är en komplex process som kodas av många bakteriegener, och är en bakteriell anpassning för DNA-överföring. Denna process förekommer naturligt i minst 40 bakteriearter. För att en bakterie ska binda, ta upp och rekombinera exogent DNA till sin kromosom måste den gå in i ett speciellt fysiologiskt tillstånd som kallas kompetens (se Naturlig kompetens ). Sexuell reproduktion i tidiga encelliga eukaryoter kan ha utvecklats från bakteriell transformation eller från en liknande process i arkéer (se nedan).
Å andra sidan är bakteriell konjugation en typ av direkt överföring av DNA mellan två bakterier förmedlad av ett externt bihang som kallas konjugationspilus. Bakteriekonjugering styrs av plasmidgener som är anpassade för att sprida kopior av plasmiden mellan bakterier. Den sällsynta integrationen av en plasmid i en värdbakteriekromosom och den efterföljande överföringen av en del av värdkromosomen till en annan cell verkar inte vara bakterieanpassningar.
Exponering av hypertermofila arkaeala Sulfolobus-arter för DNA-skadande förhållanden inducerar cellulär aggregering åtföljd av högfrekvent genetisk markörutbyte . Ajon et al. hypotesen att denna cellulära aggregation förbättrar artspecifik DNA-reparation genom homolog rekombination. DNA-överföring i Sulfolobus kan vara en tidig form av sexuell interaktion som liknar de mer välstuderade bakteriella transformationssystem som också involverar artspecifik DNA-överföring som leder till homolog rekombinationell reparation av DNA-skada.
Se även
Vidare läsning
- Pang, K. "Certificate Biology: New Mastering Basic Concepts", Hong Kong, 2004
- Journal of Biology of Reproduction , tillgänglig i augusti 2005.
- "Spermier använder värmesensorer för att hitta ägget; Weizmann-institutets forskning bidrar till förståelsen av mänsklig befruktning", Science Daily , 3 februari 2003
- Michod, RE; Levin, BE, red. (1987). The Evolution of Sex: En undersökning av aktuella idéer . Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates. ISBN 978-0878934584 .
- Michod, RE (1994). Eros och evolution: A Natural Philosophy of Sex . Perseus böcker. ISBN 978-0201407549 .
externa länkar
|
Biologiska termer |
|
|---|---|
Sexuell reproduktion |
|
| Sexualitet | |
.svg){kind=small}
| Myndighetskontroll : Nationell |
|---|
